KR102180532B1 - Method for preparing polyolefin having an excellent environment stress crack resistancnellent using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사출 및 보틀 캡(Bottle Cap)용 메탈로센 HDPE 제품 개발을 위하여, 공정상 단일 CSTR 반응기에서 우수한 가공성과 함께 내환경 응력 균열성(ESCR) 등의 기계적 물성이 현저히 향상된 바이모달 폴리올레핀을 제조하는 방법을 제공한다. The present invention provides a bimodal polyolefin with remarkably improved mechanical properties such as environmental stress cracking resistance (ESCR) with excellent processability in a single CSTR reactor in the process for the development of metallocene HDPE products for injection and bottle caps. Provides a method of manufacturing.
Description
본 발명은 특정의 혼성 담지 메탈로센 촉매를 사용하여 바이모달 특성을 구현함으로써 우수한 가공성과 함께 우수한 기계적 물성을 갖는 폴리올레핀을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of producing a polyolefin having excellent processability and excellent mechanical properties by implementing bimodal properties using a specific hybrid supported metallocene catalyst.
올레핀 중합 촉매계는 지글러 나타 및 메탈로센 촉매계로 분류할 수 있으며, 이 두 가지의 고활성 촉매계는 각각의 특징에 맞게 발전되어 왔다. 지글러 나타 촉매는 50년대 발명된 이래 기존의 상업 프로세스에 널리 적용되어 왔으나, 활성점이 여러 개 혼재하는 다활성점 촉매(multi-site catalyst)이기 때문에, 중합체의 분자량 분포가 넓은 것이 특징이며, 공단량체의 조성 분포가 균일하지 않아 원하는 물성 확보에 한계가 있다는 문제점이 있다.The olefin polymerization catalyst system can be classified into a Ziegler Natta and a metallocene catalyst system, and these two highly active catalyst systems have been developed according to their respective characteristics. Ziegler Natta catalysts have been widely applied to conventional commercial processes since their invention in the 1950s, but since they are multi-site catalysts with multiple active points, they are characterized by a wide molecular weight distribution of polymers. There is a problem in that there is a limit to securing desired physical properties because the composition distribution of is not uniform.
한편, 메탈로센 촉매는 전이금속 화합물이 주성분인 주촉매와 알루미늄이 주성분인 유기 금속 화합물인 조촉매의 조합으로 이루어지며, 이와 같은 촉매는 균일계 착체 촉매로 단일 활성점 촉매(single site catalyst)이며, 단일 활성점 특성에 따라 분자량 분포가 좁으며, 공단량체의 조성 분포가 균일한 고분자가 얻어지며, 촉매의 리간드 구조 변형 및 중합 조건의 변경에 따라 고분자의 입체 규칙도, 공중합 특성, 분자량, 결정화도 등을 변화시킬 수 있는 특성을 가지고 있다.On the other hand, the metallocene catalyst is composed of a combination of a main catalyst composed of a transition metal compound and a cocatalyst composed of an organometallic compound composed mainly of aluminum, and such a catalyst is a homogeneous complex catalyst and is a single site catalyst. A polymer having a narrow molecular weight distribution and a uniform composition distribution of a comonomer is obtained according to the single active point characteristics, and the stereoregularity of the polymer, copolymerization characteristics, molecular weight, and the like depending on the modification of the ligand structure of the catalyst and the change of polymerization conditions, It has properties that can change crystallinity and the like.
미국 특허 제5,032,562호에는 두 개의 상이한 전이금속 촉매를 한 개의 담지 촉매 상에 지지시켜 중합 촉매를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이는 고분자량을 생성하는 티타늄(Ti) 계열의 지글러-나타 촉매와 저분자량을 생성하는 지르코늄(Zr) 계열의 메탈로센 촉매를 하나의 지지체에 담지시켜 이정 분산(bimodal distribution) 고분자를 생성하는 방법으로써, 담지 과정이 복잡하고, 조촉매로 인해 중합체의 형상(morphology)이 나빠지는 단점이 있다.US Patent No. 5,032,562 describes a method of preparing a polymerization catalyst by supporting two different transition metal catalysts on one supported catalyst. This is a method of producing a bimodal distribution polymer by supporting a titanium (Ti)-based Ziegler-Natta catalyst producing high molecular weight and a zirconium (Zr)-based metallocene catalyst producing low molecular weight on one support. As a result, the supporting process is complicated, and the morphology of the polymer is deteriorated due to the cocatalyst.
미국 특허 제5,525,678호에는 메탈로센 화합물과 비메탈로센 화합물을 담체 위에 동시에 담지시켜 고분자량의 중합체와 저분자량의 중합체가 동시에 중합될 수 있는 올레핀 중합용 촉매계를 사용하는 방법을 기재하고 있다. 이는 메탈로센 화합물과 비메탈로센 화합물들을 각각 따로 담지시켜야 하고, 담지 반응을 위해 담체를 여러 가지 화합물로 전처리해야 하는 단점이 있다.U.S. Patent No. 5,525,678 discloses a method of using a catalyst system for olefin polymerization in which a high molecular weight polymer and a low molecular weight polymer can be simultaneously polymerized by simultaneously supporting a metallocene compound and a nonmetallocene compound on a carrier. This has a disadvantage in that the metallocene compound and the non-metallocene compound must be separately supported, and the carrier must be pretreated with various compounds for the supporting reaction.
미국 특허 제5,914,289호에는 각각의 담체에 담지된 메탈로센 촉매를 이용하여 고분자의 분자량 및 분자량 분포를 제어하는 방법이 기재되어 있으나, 담지촉매 제조시 사용된 용매의 양 및 제조시간이 많이 소요되고, 사용되는 메탈로센 촉매를 담체에 각각 담지시켜야 하는 번거로움이 따랐다.U.S. Patent No. 5,914,289 describes a method of controlling the molecular weight and molecular weight distribution of a polymer using a metallocene catalyst supported on each carrier, but it takes a lot of time and the amount of solvent used to prepare the supported catalyst. In addition, there was a hassle of supporting each of the metallocene catalysts used on the carrier.
대한민국 특허 출원 제2003-12308호에는 담체에 이중핵 메탈로센 촉매와 단일핵 메탈로센 촉매를 활성화제와 함께 담지하여 반응기 내 촉매의 조합을 변화시키며 중합함으로써 분자량 분포를 제어하는 방안을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 각각의 촉매의 특성을 동시에 구현하기에 한계가 있으며, 또한 완성된 촉매의 담체 성분에서 메탈로센 촉매 부분이 유리되어 반응기에 파울링(fouling)을 유발하는 단점이 있다.Korean Patent Application No. 2003-12308 discloses a method of controlling the molecular weight distribution by polymerizing while changing the combination of catalysts in the reactor by supporting a double-nuclear metallocene catalyst and a single-nuclear metallocene catalyst on a carrier together with an activator. have. However, this method has a limitation in realizing the characteristics of each catalyst at the same time, and also has a disadvantage in that the metallocene catalyst portion is released from the carrier component of the completed catalyst, causing fouling in the reactor.
사출 및 보틀 캡(Bottle Cap(을 비롯한 다양한 인젝션 몰딩(Injection Molding) 분야에 적용 가능한 폴리올레핀 제품은 가공성을 비롯하여 여러가지 기계적 물성이 요구된다. 그 중에서 장기 물성의 경우, 중합 공정에 적용되는 공단량체의 종류에 따라 상당한 차이를 나타낸다. 일반적으로, 상업 공정에서 사용되는 공단량체는 부텐, 헥센, 옥텐 등이 있는데, 탄소수가 많아질수록 장기 물성은 뛰어나지만, 가격이 비싼 단점이 있다. 즉, 저가의 부텐을 적용할 경우, 원가 경쟁력에 있어 유리하지만, 장기 물성에 따른 품질 면에서 비교적 취약한 것이 단점이다. 이를 극복하기 위해서는 두 개의 반응기로 저분자 및 고분자 영역을 동시에 생산 가능한 바이모달(Bimodal) 공정에 의한 제품 개발이 필요하다. 이는 고분자 영역에서 공단량체 함량 극대화를 통해 부족한 장기 물성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 그러나, 앞서 언급된 사례에서 본 바와 같이, 바이모달 공정은 후단 공정 과부하 및 제품 품질 저하 가능성 등의 문제점이 있다. Polyolefin products applicable to various injection molding fields including injection and bottle caps require processability and various mechanical properties. Among them, long-term properties, the kind of comonomer applied to the polymerization process. In general, comonomers used in commercial processes include butene, hexene, octene, etc. The higher the number of carbons, the better the long-term properties, but the price is high. Is advantageous in terms of cost competitiveness, but is relatively weak in terms of quality according to long-term physical properties.To overcome this, a product using a bimodal process capable of producing low-molecular and high-molecular domains simultaneously with two reactors. Development is necessary, because long-term physical properties can be improved by maximizing comonomer content in the polymer domain, but as seen in the case mentioned above, the bimodal process is likely to overload the downstream process and deteriorate product quality. There is a problem.
따라서, 단일 반응기를 이용한 공정만으로 가공성은 물론, 장기 물성과 같은 기계적 물성 역시 확보 가능한 바이모달 제품의 성능을 구현할 수 있는 폴리올레핀을 보다 효과적으로 제조할 수 있는 기술의 개발에 대한 연구가 필요하다.Therefore, there is a need for research on the development of a technology that can more effectively manufacture a polyolefin capable of realizing the performance of a bimodal product capable of securing not only processability but also mechanical properties such as long-term properties through a process using a single reactor.
본 발명은 단일 반응기를 통해 우수한 가공성과 함께 내환경 응력 균열성(ESCR) 등의 기계적 물성이 현저히 향상된 바이모달 특성을 갖는 폴리올레핀을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a method for producing a polyolefin having bimodal properties with remarkably improved mechanical properties such as environmental stress cracking resistance (ESCR) and excellent processability through a single reactor.
발명의 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 제1 메탈로센 화합물, 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 메탈로센 화합물을 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서, 올레핀계 단량체를 중합하는 단계;를 포함하는 폴리올레핀의 제조 방법이 제공된다. According to an embodiment of the present invention, in the presence of a catalyst composition comprising a first metallocene compound represented by the following formula (1) and a second metallocene compound represented by the following formula (2), polymerizing an olefin-based monomer A method for producing a polyolefin containing; is provided.
[화학식 1][Formula 1]
(Cp1R1)n(Cp2R2)M1Z1 3-n (Cp 1 R 1 ) n (Cp 2 R 2 ) M 1 Z 1 3-n
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
M1은 4족 전이금속이고;M 1 is a Group 4 transition metal;
Cp1 및 Cp2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 시클로펜타디엔닐, 인데닐, 4,5,6,7-테트라하이드로-1-인데닐, 및 플루오레닐 라디칼로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, 이들은 탄소수 1 내지 20의 탄화수소로 치환될 수 있으며;Cp 1 and Cp 2 are the same as or different from each other, and each independently selected from the group consisting of cyclopentadienyl, indenyl, 4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl, and fluorenyl radicals. One, and these may be substituted with hydrocarbons having 1 to 20 carbon atoms;
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 알킬, C1 내지 C10의 알콕시, C2 내지 C20의 알콕시알킬, C6 내지 C20의 아릴, C6 내지 C10의 아릴옥시, C2 내지 C20의 알케닐, C7 내지 C40의 알킬아릴, C7 내지 C40의 아릴알킬, C8 내지 C40의 아릴알케닐, 또는 C2 내지 C10의 알키닐이고;R 1 and R 2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen, C1 to C20 alkyl, C1 to C10 alkoxy, C2 to C20 alkoxyalkyl, C6 to C20 aryl, C6 to C10 aryloxy, C2 To C20 alkenyl, C7 to C40 alkylaryl, C7 to C40 arylalkyl, C8 to C40 arylalkenyl, or C2 to C10 alkynyl;
Z1은 할로겐 원자, C1 내지 C20의 알킬, C2 내지 C10의 알케닐, C7 내지 C40의 알킬아릴, C7 내지 C40의 아릴알킬, C6 내지 C20의 아릴, 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C20의 알킬리덴, 치환되거나 치환되지 않은 아미노기, C2 내지 C20의 알킬알콕시, 또는 C7 내지 C40의 아릴알콕시이고;Z 1 is a halogen atom, C1 to C20 alkyl, C2 to C10 alkenyl, C7 to C40 alkylaryl, C7 to C40 arylalkyl, C6 to C20 aryl, substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylidene , A substituted or unsubstituted amino group, a C2 to C20 alkylalkoxy, or a C7 to C40 arylalkoxy;
n은 1 또는 0이고;n is 1 or 0;
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 2에서,In Chemical Formula 2,
R3, 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시실릴기, C1 내지 C20의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, C7 내지 C20의 아릴알킬기, C4 내지 C20의 헤테로시클로알킬기, 또는 C5 내지 C20의 헤테로아릴기이며, 상기 R3, 및 R4는 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족 또는 방향족 고리를 형성할 수 있고, R 3 , and R 4 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen, halogen, a C1 to C20 alkyl group, a C2 to C20 alkenyl group, a C1 to C20 alkylsilyl group, a C1 to C20 silylalkyl group, C1 to C20 alkoxysilyl group, C1 to C20 alkoxy group, C6 to C20 aryl group, C7 to C20 alkylaryl group, C7 to C20 arylalkyl group, C4 to C20 heterocycloalkyl group, or C5 to C20 heteroaryl Group, wherein R 3 , and R 4 may be connected to each other to form a substituted or unsubstituted aliphatic or aromatic ring,
R5 및 R6는 서로 동일하거나 상이하고, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 2 내지 20의 알케닐, 탄소수 7 내지 20의 알킬아릴, 탄소수 7 내지 20의 아릴알킬, 탄소수 6 내지 20의 아릴, 또는 탄소수 1 내지 20의 알콕시가 치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬이고;R 5 and R 6 are the same as or different from each other, and alkyl having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl having 2 to 20 carbon atoms, alkylaryl having 7 to 20 carbon atoms, arylalkyl having 7 to 20 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, Or C1-C20 alkoxy substituted C1-C20 alkyl;
X는 비공유 전자쌍을 가진 헤테로 원자이고;X is a hetero atom with an lone pair of electrons;
M2는 4족 전이금속이고;M 2 is a Group 4 transition metal;
Q는 서로 동일하거나 상이한 할로겐이며;Q is the same or different halogens from each other;
n은 2이다.n is 2.
일례로, 상기 화학식 1로 표시되는 제1 메탈로센 화합물은, 하기 구조식으로 표시되는 화합물 중 어느 하나가 될 수 있다. For example, the first metallocene compound represented by Formula 1 may be any one of the compounds represented by the following structural formula.
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 제2 메탈로센 화합물은, 하기 구조식으로 표시되는 화합물 중 어느 하나가 될 수 있다. In addition, the second metallocene compound represented by Formula 2 may be any one of the compounds represented by the following structural formula.
상기 촉매 조성물은 실리카, 실리카-알루미나 및 실리카-마그네시아로 이루어진 군으로부터 선택되는 담체를 추가로 포함할 수 있다. The catalyst composition may further include a carrier selected from the group consisting of silica, silica-alumina, and silica-magnesia.
또한, 상기 올레핀계 단량체는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-데센, 1-운데센, 1-도데센, 노보넨, 에틸리덴노보넨, 스티렌, 알파-메틸스티렌 및 3-클로로메틸스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 것일 수 있다. In addition, the olefinic monomer is ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, 1-octene, 1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 1-heptene, 1-decene, 1-undecene, 1- It may include at least one compound selected from the group consisting of dodecene, norbornene, ethylidene norbornene, styrene, alpha-methylstyrene, and 3-chloromethylstyrene.
상기 중합 단계는 탄화수소계 용매 내에서 슬러리상 중합으로 진행될 수 있다.The polymerization step may be performed by slurry polymerization in a hydrocarbon-based solvent.
본 발명의 폴리올레핀의 제조 방법은 있어서, 단일 CSTR 반응기(Single Continuous Stirred Tank Reactor)에서 진행될 수 있다. In the manufacturing method of the polyolefin of the present invention, it can be carried out in a single CSTR reactor (Single Continuous Stirred Tank Reactor).
본 발명에 따르면, 특정의 혼성 담지 메탈로센 촉매를 사용하여 공정상 단일 CSTR 반응기에서 우수한 가공성과 함께 내환경 응력 균열성(ESCR) 등의 기계적 물성을 현저히 향상시킨 바이모달 특성을 갖는 폴리올레핀을 효과적으로 제조할 수 있다. According to the present invention, a polyolefin having bimodal properties that significantly improves mechanical properties such as environmental stress cracking resistance (ESCR) with excellent processability in a single CSTR reactor in the process by using a specific hybrid supported metallocene catalyst is effectively used. Can be manufactured.
도 1은 기존의 공정에 따라 다단 반응기를 사용하여 폴리올레핀의 제조 방법을 모식적으로 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 단일 CSRT 반응기를 사용하여 폴리올레핀의 제조 방법을 모식적으로 나타낸 공정도이다.
도 3은 실시예 1, 실시예 4, 및 비교예 1에 따른 폴리올레핀의 중합 반응에 대한 고분자의 분자량 분포를 나타낸 그래프이다(연두색: 실시예 1, 보라색: 실시예 4, 청색: 비교예 1).
도 4는 실시예 2~3, 실시예 5~6, 및 비교예 2~3에 따른 폴리올레핀의 중합 반응에 대한 고분자의 분자량 분포를 나타낸 그래프이다(청색: 실시예 2, 적색: 실시예 3, 하늘색: 실시예 5, 주황색: 실시예 6, 연두색: 비교예 2, 보라색: 비교예 3).1 is a process diagram schematically showing a method of manufacturing a polyolefin using a multi-stage reactor according to an existing process.
2 is a process chart schematically showing a method of manufacturing a polyolefin using a single CSRT reactor according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the molecular weight distribution of a polymer in the polymerization reaction of polyolefins according to Examples 1, 4, and Comparative Example 1 (lime green: Example 1, purple: Example 4, blue: Comparative Example 1) .
4 is a graph showing the molecular weight distribution of a polymer for the polymerization reaction of polyolefins according to Examples 2 to 3, Examples 5 to 6, and Comparative Examples 2 to 3 (blue: Example 2, red: Example 3, Light blue: Example 5, Orange: Example 6, Light green: Comparative Example 2, Purple: Comparative Example 3).
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. In the present invention, terms such as first and second are used to describe various components, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In addition, terms used in the present specification are only used to describe exemplary embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise", "include" or "have" are intended to designate the presence of implemented features, numbers, steps, components, or a combination thereof, and one or more other features or It is to be understood that the possibility of the presence or addition of numbers, steps, elements, or combinations thereof is not preliminarily excluded.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention will be described in detail below and exemplify specific embodiments, as various changes can be made and various forms can be obtained. However, this is not intended to limit the present invention to a specific form disclosed, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
발명의 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 제1 메탈로센 화합물, 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 메탈로센 화합물을 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에서, 올레핀계 단량체를 중합하는 단계를 포함하는 폴리올레핀의 제조 방법이 제공된다. According to an embodiment of the present invention, in the presence of a catalyst composition comprising a first metallocene compound represented by the following formula (1) and a second metallocene compound represented by the following formula (2), polymerizing an olefin-based monomer There is provided a method for producing a polyolefin comprising a.
[화학식 1][Formula 1]
(Cp1R1)n(Cp2R2)M1Z1 3-n (Cp 1 R 1 ) n (Cp 2 R 2 ) M 1 Z 1 3-n
상기 화학식 1에서,In Formula 1,
M1은 4족 전이금속이고;M 1 is a Group 4 transition metal;
Cp1 및 Cp2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 시클로펜타디엔닐, 인데닐, 4,5,6,7-테트라하이드로-1-인데닐, 및 플루오레닐 라디칼로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, 이들은 탄소수 1 내지 20의 탄화수소로 치환될 수 있으며;Cp 1 and Cp 2 are the same as or different from each other, and each independently selected from the group consisting of cyclopentadienyl, indenyl, 4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl, and fluorenyl radicals. One, and these may be substituted with hydrocarbons having 1 to 20 carbon atoms;
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 알킬, C1 내지 C10의 알콕시, C2 내지 C20의 알콕시알킬, C6 내지 C20의 아릴, C6 내지 C10의 아릴옥시, C2 내지 C20의 알케닐, C7 내지 C40의 알킬아릴, C7 내지 C40의 아릴알킬, C8 내지 C40의 아릴알케닐, 또는 C2 내지 C10의 알키닐이고;R 1 and R 2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen, C1 to C20 alkyl, C1 to C10 alkoxy, C2 to C20 alkoxyalkyl, C6 to C20 aryl, C6 to C10 aryloxy, C2 To C20 alkenyl, C7 to C40 alkylaryl, C7 to C40 arylalkyl, C8 to C40 arylalkenyl, or C2 to C10 alkynyl;
Z1은 할로겐 원자, C1 내지 C20의 알킬, C2 내지 C10의 알케닐, C7 내지 C40의 알킬아릴, C7 내지 C40의 아릴알킬, C6 내지 C20의 아릴, 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C20의 알킬리덴, 치환되거나 치환되지 않은 아미노기, C2 내지 C20의 알킬알콕시, 또는 C7 내지 C40의 아릴알콕시이고;Z 1 is a halogen atom, C1 to C20 alkyl, C2 to C10 alkenyl, C7 to C40 alkylaryl, C7 to C40 arylalkyl, C6 to C20 aryl, substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylidene , A substituted or unsubstituted amino group, a C2 to C20 alkylalkoxy, or a C7 to C40 arylalkoxy;
n은 1 또는 0 이고;n is 1 or 0;
[화학식 2][Formula 2]
상기 화학식 2에서,In Chemical Formula 2,
R3, 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시실릴기, C1 내지 C20의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, C7 내지 C20의 아릴알킬기, C4 내지 C20의 헤테로시클로알킬기, 또는 C5 내지 C20의 헤테로아릴기이며, 상기 R3, 및 R4는 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족 또는 방향족 고리를 형성할 수 있고, R 3 , and R 4 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen, halogen, a C1 to C20 alkyl group, a C2 to C20 alkenyl group, a C1 to C20 alkylsilyl group, a C1 to C20 silylalkyl group, C1 to C20 alkoxysilyl group, C1 to C20 alkoxy group, C6 to C20 aryl group, C7 to C20 alkylaryl group, C7 to C20 arylalkyl group, C4 to C20 heterocycloalkyl group, or C5 to C20 heteroaryl Group, wherein R 3 , and R 4 may be connected to each other to form a substituted or unsubstituted aliphatic or aromatic ring,
R5 및 R6는 서로 동일하거나 상이하고, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 2 내지 20의 알케닐, 탄소수 7 내지 20의 알킬아릴, 탄소수 7 내지 20의 아릴알킬, 탄소수 6 내지 20의 아릴, 또는 탄소수 1 내지 20의 알콕시가 치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬이고;R 5 and R 6 are the same as or different from each other, and alkyl having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl having 2 to 20 carbon atoms, alkylaryl having 7 to 20 carbon atoms, arylalkyl having 7 to 20 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, Or C1-C20 alkoxy substituted C1-C20 alkyl;
X는 비공유 전자쌍을 가진 헤테로 원자이고;X is a hetero atom with an lone pair of electrons;
M2는 4족 전이금속이고;M 2 is a Group 4 transition metal;
Q는 서로 동일하거나 상이한 할로겐이며;Q is the same or different halogens from each other;
n은 2이다. n is 2.
한편, 일반적으로 메탈로센 화합물은 지글러 촉매에 비하여 반응성은 탁월하지만, 촉매의 마일리지가 낮아 다단 모드(cascade mode) 중합법으로 적용되고 있다. 그런데 다단 모드 중합법의 경우 각 반응기에 대한 운전 조건의 조절이 쉽지 않으며, 단량체 화합물의 공급 불균형으로 인해 균일한 물성을 갖는(또는 가공성과 기계적 물성을 모두 만족하는) 바이모달(bimodal) 폴리올레핀의 제조에 제약이 따른다. 또한, 고분자량의 폴리올레핀을 합성할 수 있다고 알려진 촉매들은 상대적으로 낮은 활성을 가져 전체적인 생산성이 저하되는 문제점이 있다.On the other hand, in general, metallocene compounds have excellent reactivity compared to Ziegler catalysts, but the mileage of the catalyst is low, and thus, it is applied as a cascade mode polymerization method. However, in the case of the multistage mode polymerization method, it is not easy to control the operating conditions for each reactor, and the production of bimodal polyolefins having uniform physical properties (or satisfying both processability and mechanical properties) due to unbalanced supply of monomer compounds. Is subject to restrictions. In addition, catalysts known to be capable of synthesizing high molecular weight polyolefins have relatively low activity and thus have a problem in that overall productivity is lowered.
그런데, 본 발명자들의 계속적인 연구 결과, 혼성 담지 메탈로센 촉매를 이용한 다단 모드의 중합법에서 제1 단계 이후의 반응기에 혼성 담지 메탈로센 촉매와 분자량 조절제를 추가로 투입하는 방법을 통해 다단 모드 중합법의 컨트롤이 용이해질 수 있으며, 보다 원활한 다단 모드의 운전이 가능함이 확인되었다. 특히, 필요에 따라, 최초 투입되는 혼성 담지 메탈로센 촉매와 추가로 투입되는 혼성 담지 메탈로센 촉매의 종류를 달리할 경우 (예를 들어, 메탈로센 화합물의 담지량, 담지된 메탈로센 화합물들의 혼합 비율 등을 달리할 경우), 생성되는 중합체의 물성이 보다 쉽게 제어될 수 있다. 또한, 이러한 방법을 통해 큰 분자량과 넓은 다봉 분자량 분포를 갖는 폴리올레핀을 보다 효과적으로 제조할 수 있다. 그리고 이러한 방법에 따라 제조된 폴리올레핀은 기계적 물성과 가공성이 우수하여, 특히 블로우 몰딩용 등으로 적합하게 적용될 수 있다. However, as a result of continuous research by the present inventors, in a multistage mode polymerization method using a mixed supported metallocene catalyst, a multistage mode through a method of additionally adding a mixed supported metallocene catalyst and a molecular weight modifier to the reactor after the first step. It has been confirmed that the control of the polymerization method can be facilitated, and more smooth multistage mode operation is possible. In particular, if necessary, when the types of the first mixed supported metallocene catalyst and the additionally added hybrid supported metallocene catalyst are different (e.g., the supported amount of the metallocene compound, the supported metallocene compound If the mixing ratio of these is different), the physical properties of the resulting polymer can be more easily controlled. In addition, through this method, a polyolefin having a large molecular weight and a wide multimodal molecular weight distribution can be produced more effectively. And the polyolefin produced according to this method has excellent mechanical properties and processability, and can be particularly suitably applied for blow molding.
즉, 발명의 일 구현 예에 따른 폴리올레핀의 제조 방법은, 중합 공정으로 상기 제1 단계 및 상기 제2 단계를 포함하며, 특히 상기 제2 단계에는 상기 제1 단계에 이용된 제1 혼성 담지 메탈로센 촉매와 별도로 제2 혼성 담지 메탈로센 화합물 및 분자량 조절제 및 분자량 조절제가 추가로 투입된다. 이러한 폴리올레핀의 제조 방법은 큰 분자량을 갖는 폴리올레핀은 물론 넓은 다봉 분자량 분포를 갖는 폴리올레핀의 제조를 가능케 한다. 나아가, 상기 제1 혼성 담지 메탈로센 촉매와 상기 제2 혼성 담지 메탈로센 촉매의 종류를 달리함으로써, 생성되는 폴리올레핀의 물성을 쉽게 조절할 수 있으며, 궁긍적으로는 기계적 물성과 가공성이 균형 잡힌 폴리올레핀의 제공이 가능하다.That is, the method for producing a polyolefin according to an embodiment of the present invention includes the first step and the second step as a polymerization process, and in particular, the second step includes the first hybrid supported metal used in the first step. Apart from the sen catalyst, a second hybrid supported metallocene compound, a molecular weight modifier and a molecular weight modifier are additionally added. This method of producing polyolefin enables the production of polyolefins having a large molecular weight as well as polyolefins having a wide multimodal molecular weight distribution. Further, by different types of the first hybrid supported metallocene catalyst and the second hybrid supported metallocene catalyst, the physical properties of the resulting polyolefin can be easily controlled, and ultimately, a polyolefin having a balanced mechanical properties and processability. It is possible to provide.
발명의 일 구현 예에 따르면, 상기 제1 혼성 담지 메탈로센 촉매와 상기 제2 혼성 담지 메탈로센 촉매는 서로 같거나 다른 촉매일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 혼성 담지 메탈로센 촉매의 종류가 같은 경우, 메탈로센 화합물의 낮은 마일리지에 따른 생산성 저하의 문제점이 해결될 수 있고, 필요에 따라 보다 큰 분자량을 갖는 폴리올레핀이 제조될 수 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 혼성 담지 메탈로센 촉매의 종류가 다를 경우, 전술한 바와 같이, 생성되는 폴리올레핀의 물성이 쉽게 제어될 수 있고, 보다 넓은 다봉 분자량 분포를 갖는 폴리올레핀이 제조될 수 있다.According to one embodiment of the invention, the first hybrid supported metallocene catalyst and the second hybrid supported metallocene catalyst may be the same or different catalysts. For example, when the types of the first and second hybrid supported metallocene catalysts are the same, the problem of lowering productivity due to low mileage of the metallocene compound can be solved, and polyolefin having a larger molecular weight if necessary Can be manufactured. And, when the types of the first and second hybrid supported metallocene catalysts are different, as described above, the physical properties of the produced polyolefin can be easily controlled, and a polyolefin having a wider multimodal molecular weight distribution can be prepared. .
한편, 본 발명의 메탈로센 촉매 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 제1 메탈로센 화합물 1종 이상, 및 상기 화학식 2로 표시되는 제2 메탈로센 화합물 1종 이상을 포함할 수 있다. Meanwhile, the metallocene catalyst composition of the present invention may include at least one first metallocene compound represented by Chemical Formula 1, and at least one second metallocene compound represented by Chemical Formula 2.
상기 화학식 1 및 2의 메탈로센 화합물들을 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다. 본 발명의 메탈로센 촉매 조성물은 서로 다른 2 종 이상의 메탈로센 화합물을 혼성 하이브리드하여 함께 사용하는 것을 특징으로 한다. The metallocene compounds of Formulas 1 and 2 will be described in more detail as follows. The metallocene catalyst composition of the present invention is characterized in that two or more different metallocene compounds are hybridized and used together.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 메탈로센 화합물로는 예를 들어 하기 구조식들 중 하나로 표시되는 화합물일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.The first metallocene compound represented by Formula 1 may be, for example, a compound represented by one of the following structural formulas, but is not limited thereto.
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 제2 메탈로센 화합물은 예를 들어 하기 구조식으로 표시되는 화합물일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.In addition, the second metallocene compound represented by Formula 2 may be, for example, a compound represented by the following structural formula, but is not limited thereto.
또한, 상기 화학식 1 및 2에서, 4족 전이금속으로는 티타늄, 지르코늄, 하프늄 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.In addition, in Chemical Formulas 1 and 2, the Group 4 transition metal may include titanium, zirconium, and hafnium, but is not limited thereto.
[화학식 1][Formula 1]
(Cp1R1)n(Cp2R2)M1Z1 3-n (Cp 1 R 1 ) n (Cp 2 R 2 ) M 1 Z 1 3-n
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 바람직하게는 수소, i-프로필, n-부틸, t-부틸, t-부톡시헥실, n-헥실, 부텐, 페닐, 또는 벤질이 될 수 있으며, Z1은 바람직하게는 염소 또는 메틸이 될 수 있다. 또한, 상기 화학식 2에서, R3 및 R4는 바람직하게는 수소, n-부틸, t-부톡시헥실, 메틸, 시클로헥실메틸렌, 트리메틸실릴(TMS)메틸렌, 페닐, 또는 벤질이 될 수 있으며, R5 및 R6는 바람직하게는 메틸, t-부톡시헥실, 또는 페닐이 될 수 있으며, X는 바람직하게는 N, S, 또는 O가 될 수 있으며, Q는 바람직하게는 염소 또는 메틸이 될 수 있다.In Formula 1, R 1 and R 2 may be preferably hydrogen, i -propyl, n -butyl, t -butyl, t -butoxyhexyl, n -hexyl, butene, phenyl, or benzyl, and Z 1 may preferably be chlorine or methyl. In addition, in Formula 2, R 3 and R 4 are preferably hydrogen, n -butyl, t -butoxyhexyl, methyl, cyclohexylmethylene, trimethylsilyl (TMS) methylene, phenyl, or benzyl, R 5 and R 6 may preferably be methyl, t -butoxyhexyl, or phenyl, X may preferably be N, S, or O, and Q is preferably chlorine or methyl. I can.
본 발명의 메탈로센 촉매 조성물은 담체 및 조촉매 화합물 등을 추가로 포함할 수 있다. The metallocene catalyst composition of the present invention may further include a carrier and a cocatalyst compound.
상기 담체는 통상 담지 촉매에 사용되는 금속, 금속 염 또는 금속 산화물의 종류이면 그 구성의 한정이 없다. 구체적으로 실리카, 실리카-알루미나 및 실리카-마그네시아로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 담체를 포함한 형태일 수 있다. 특히, 상기 담체로는 표면에 하이드록시기를 함유하는 담체를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 건조되어 표면에 수분이 제거된, 반응성이 큰 하이드록시기와 실록산기를 가지고 있는 담체를 사용할 수 있다. 예컨대, 고온에서 건조된 실리카, 실리카-알루미나, 및 실리카-마그네시아 등이 사용될 수 있고, 이들은 통상적으로 Na2O, K2CO3, BaSO4, 및 Mg(NO3)2 등의 산화물, 탄산염, 황산염, 및 질산염 성분을 함유할 수 있다.The carrier is not limited in its configuration as long as it is a type of metal, metal salt, or metal oxide that is usually used in a supported catalyst. Specifically, it may be in a form including any one carrier selected from the group consisting of silica, silica-alumina, and silica-magnesia. In particular, as the carrier, a carrier containing a hydroxy group on the surface may be used, and preferably, a carrier having a highly reactive hydroxyl group and a siloxane group may be used after drying to remove moisture from the surface. For example, silica dried at high temperature, silica-alumina, and silica-magnesia may be used, and these are usually oxides, carbonates, such as Na 2 O, K 2 CO 3 , BaSO 4 , and Mg(NO 3 ) 2 , It may contain sulfate and nitrate components.
상기 담체의 건조 온도는 200 내지 800 ℃가 바람직하고, 300 내지 600 ℃가 더욱 바람직하며, 300 내지 400 ℃가 가장 바람직하다. 상기 담체의 건조 온도가 200 ℃ 미만인 경우 수분이 너무 많아서 표면의 수분과 조촉매가 반응하게 되고, 800 ℃를 초과하는 경우에는 담체 표면의 기공들이 합쳐지면서 표면적이 줄어들며, 또한 표면에 하이드록시기가 많이 없어지고 실록산기만 남게 되어 조촉매와의 반응자리가 감소하기 때문에 바람직하지 않다.The drying temperature of the carrier is preferably 200 to 800°C, more preferably 300 to 600°C, and most preferably 300 to 400°C. When the drying temperature of the carrier is less than 200°C, there is too much moisture to react with the surface moisture and the cocatalyst, and when it exceeds 800°C, the pores on the surface of the carrier are combined and the surface area decreases, and there are many hydroxyl groups on the surface. It is not preferable because it disappears and only siloxane groups remain, and the reaction site with the cocatalyst decreases.
상기 담체 표면의 하이드록시기 양은 0.1 내지 10 mmol/g이 바람직하며, 0.5 내지 1 mmol/g일 때 더욱 바람직하다. 상기 담체 표면에 있는 하이드록시기의 양은 담체의 제조방법 및 조건 또는 건조 조건, 예컨대 온도, 시간, 진공 또는 스프레이 건조 등에 의해 조절할 수 있다.The amount of hydroxy group on the surface of the carrier is preferably 0.1 to 10 mmol/g, and more preferably 0.5 to 1 mmol/g. The amount of hydroxy groups on the surface of the carrier can be controlled by a method and conditions for preparing the carrier or drying conditions such as temperature, time, vacuum or spray drying.
상기 하이드록시기의 양이 0.1 mmol/g 미만이면 조촉매와의 반응자리가 적고, 10 mmol/g을 초과하면 담체 입자 표면에 존재하는 하이드록시기 이외에 수분에서 기인한 것일 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.If the amount of the hydroxyl group is less than 0.1 mmol/g, the reaction site with the cocatalyst is small, and if it exceeds 10 mmol/g, it is not preferable because it may be due to moisture other than the hydroxyl group present on the surface of the carrier particle. not.
또한, 상기 조촉매 화합물은 하기 화학식 3, 화학식 4, 또는 화학식 5로 표시되는 화합물 중 1종 이상이 될 수 있다. In addition, the cocatalyst compound may be one or more of the compounds represented by the following Chemical Formula 3, Chemical Formula 4, or Chemical Formula 5.
[화학식 3][Formula 3]
-[Al(R7)-O]n--[Al(R 7 )-O] n-
상기 화학식 3에서,In Chemical Formula 3,
R7은 서로 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 할로겐; 탄소수 1 내지 20의 탄화수소; 또는 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 20의 탄화수소이고;R 7 may be the same as or different from each other, and each independently halogen; Hydrocarbons having 1 to 20 carbon atoms; Or a halogen-substituted C 1 to C 20 hydrocarbon;
n은 2 이상의 정수이며;n is an integer of 2 or more;
[화학식 4][Formula 4]
J(R8)3 J(R 8 ) 3
상기 화학식 4에서,In Chemical Formula 4,
R8은 서로 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 할로겐; 탄소수 1 내지 20의 탄화수소; 또는 할로겐으로 치환된 탄소수 1 내지 20의 탄화수소이고;R 8 may be the same as or different from each other, and each independently halogen; Hydrocarbons having 1 to 20 carbon atoms; Or a halogen-substituted C 1 to C 20 hydrocarbon;
J는 알루미늄 또는 보론이며;J is aluminum or boron;
[화학식 5][Formula 5]
[E-H]+[Z2A'4]- 또는 [E]+[Z2A'4]- [EH] + [Z 2 A '4] - or [E] + [Z 2 A ' 4] -
상기 화학식 5에서,In Chemical Formula 5,
E는 중성 또는 양이온성 루이스 산이고;E is a neutral or cationic Lewis acid;
H는 수소 원자이며;H is a hydrogen atom;
Z2는 13족 원소이고;Z 2 is a group 13 element;
A'는 서로 동일하거나 다를 수 있으며, 각각 독립적으로 1 이상의 수소 원자가 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 탄화수소, 알콕시 또는 페녹시로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이다.A'may be the same as or different from each other, and each independently one or more hydrogen atoms is substituted or unsubstituted with halogen, C 1 to C 20 hydrocarbon, alkoxy or phenoxy, a C 6 to C 20 aryl group or C 1 to C 20 alkyl group to be.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 예로는 메틸알루미녹산, 에틸알루미녹산, 이소부틸알루미녹산, 부틸알루미녹산 등이 있으며, 더욱 바람직한 화합물은 메틸알루미녹산이다.Examples of the compound represented by Chemical Formula 3 include methylaluminoxane, ethylaluminoxane, isobutylaluminoxane, butylaluminoxane, and the like, and a more preferable compound is methylaluminoxane.
상기 화학식 4로 표시되는 화합물의 예로는 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리프로필알루미늄, 트리부틸알루미늄, 디메틸클로로알루미늄, 트리이소프로필알루미늄, 트리-s-부틸알루미늄, 트리사이클로펜틸알루미늄, 트리펜틸알루미늄, 트리이소펜틸알루미늄, 트리헥실알루미늄, 트리옥틸알루미늄, 에틸디메틸알루미늄, 메틸디에틸알루미늄, 트리페닐알루미늄, 트리-p-톨릴알루미늄, 디메틸알루미늄메톡시드, 디메틸알루미늄에톡시드, 트리메틸보론, 트리에틸보론, 트리이소부틸보론, 트리프로필보론, 트리부틸보론 등이 포함되며, 더욱 바람직한 화합물은 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄 중에서 선택된다.Examples of the compound represented by Formula 4 include trimethyl aluminum, triethyl aluminum, triisobutyl aluminum, tripropyl aluminum, tributyl aluminum, dimethyl chloro aluminum, triisopropyl aluminum, tri-s-butyl aluminum, tricyclopentyl aluminum , Tripentyl aluminum, triisopentyl aluminum, trihexyl aluminum, trioctyl aluminum, ethyl dimethyl aluminum, methyl diethyl aluminum, triphenyl aluminum, tri-p-tolyl aluminum, dimethyl aluminum methoxide, dimethyl aluminum ethoxide, trimethyl Boron, triethyl boron, triisobutyl boron, tripropyl boron, tributyl boron, etc. are included, and more preferable compounds are selected from trimethyl aluminum, triethyl aluminum, and triisobutyl aluminum.
상기 화학식 5로 표시되는 화합물의 예로는 트리에틸암모니움테트라페닐보론, 트리부틸암모니움테트라페닐보론, 트리메틸암모니움테트라페닐보론, 트리프로필암모니움테트라페닐보론, 트리메틸암모니움테트라(p-톨릴)보론, 트리메틸암모니움테트라(o,p-디메틸페닐)보론, 트리부틸암모니움테트라(p-트리플로로메틸페닐)보론, 트리메틸암모니움테트라(p-트리플로로메틸페닐)보론, 트리부틸암모니움테트라펜타플로로페닐보론, N,N-디메틸아닐리니움-테트라페닐보론, N,N-디에틸아닐리니움테트라펜타플로로페닐보론, 디에틸암모니움테트라펜타플로로페닐보론, 트리페닐포스포늄테트라페닐보론, 트리메틸포스포늄테트라페닐보론, 트리에틸암모니움테트라페닐알루미늄, 트리부틸암모니움테트라페닐알루미늄, 트리메틸암모니움테트라페닐알루미늄, 트리프로필암모니움테트라페닐알루미늄, 트리메틸암모니움테트라(p-톨릴)알루미늄, 트리프로필암모니움테트라(p-톨릴)알루미늄, 트리에틸암모니움테트라(o,p-디메틸페닐)알루미늄, 트리부틸암모니움테트라(p-트리플로로메틸페닐)알루미늄, 트리메틸암모니움테트라(p-트리플로로메틸페닐)알루미늄, 트리부틸암모니움테트라펜타플로로페닐알루미늄, N,N-디메틸아닐리니움테트라페닐알루미늄, N,N-디에틸아닐리니움-테트라펜타플로로페닐알루미늄, 디에틸암모니움테트라펜타테트라페닐알루미늄, 트리페닐포스포늄테트라페닐알루미늄, 트리메틸포스포늄테트라페닐알루미늄, 트리프로필암모니움테트라(p-톨릴)보론, 트리에틸암모니움테트라(o,p-디메틸페닐)보론, 트리부틸암모니움테트라(p-트리플로로메틸페닐)보론, 트리페닐카보니움테트라(p-트리플로로메틸페닐)보론, 트리페닐카보니움-테트라펜타플로로페닐보론 등이 있다.Examples of the compound represented by Formula 5 include triethyl ammonium tetraphenyl boron, tributyl ammonium tetraphenyl boron, trimethyl ammonium tetraphenyl boron, tripropyl ammonium tetraphenyl boron, trimethyl ammonium tetra (p-tolyl) Boron, trimethylammonium tetra (o,p-dimethylphenyl) boron, tributyl ammonium tetra (p-trifluoromethylphenyl) boron, trimethyl ammonium tetra (p-trifluoromethylphenyl) boron, tributyl ammonium tetra Pentafluorophenyl boron, N,N-dimethylanilinium-tetraphenyl boron, N,N-diethylanilinium tetrapentafluorophenyl boron, diethylammonium tetrapentafluorophenyl boron, triphenylphosphonium Tetraphenyl boron, trimethylphosphonium tetraphenyl boron, triethyl ammonium tetraphenyl aluminum, tributyl ammonium tetraphenyl aluminum, trimethyl ammonium tetraphenyl aluminum, tripropyl ammonium tetraphenyl aluminum, trimethyl ammonium tetra (p-tolyl ) Aluminum, tripropyl ammonium tetra (p-tolyl) aluminum, triethyl ammonium tetra (o,p-dimethylphenyl) aluminum, tributyl ammonium tetra (p-trifluoromethylphenyl) aluminum, trimethyl ammonium tetra ( p-trifluoromethylphenyl) aluminum, tributylammonium tetrapentafluorophenylaluminum, N,N-dimethylanilinium tetraphenylaluminum, N,N-diethylanilinium-tetrapentafluorophenylaluminum, di Ethyl ammonium tetrapenta tetraphenyl aluminum, triphenyl phosphonium tetraphenyl aluminum, trimethyl phosphonium tetraphenyl aluminum, tripropyl ammonium tetra (p-tolyl) boron, triethyl ammonium tetra (o,p-dimethylphenyl) boron , Tributylammonium tetra (p-trifluoromethylphenyl) boron, triphenylcarbonium tetra (p-trifluoromethylphenyl) boron, triphenylcarbonium-tetrapentafluorophenyl boron, and the like.
바람직하게는 알룸옥산을 사용할 수 있으며, 더 바람직하게는 알킬알룸옥산인 메틸알룸옥산(MAO)이다.Preferably, alumoxane may be used, more preferably methyl alumoxane (MAO), which is an alkyl alumoxane.
본 발명의 촉매 조성물에 상기 화학식 1 및 2의 메탈로센 화합물과 화학식 3 내지 5의 조촉매 화합물을 담체에 담지된 형태로 이용할 때, 담체 100 중량부에 대해, 상기 메탈로센 화합물은 약 0.5 내지 약 20 중량부, 화학식 3 내지 5의 조촉매 화합물은 약 1 내지 약 1,000 중량부로 포함될 수 있다. 바람직하게는 상기 담체 100 중량부에 대해, 상기 메탈로센 화합물은 약 1 내지 약 15 중량부, 화학식 3 내지 5의 조촉매 화합물은 약 10 내지 약 500 중량부로 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 상기 담체 100 중량부에 대해, 상기 메탈로센 화합물은 약 1 내지 약 100 중량부, 조촉매는 약 40 내지 약 150 중량부로 포함될 수 있다.When the metallocene compounds of Formulas 1 and 2 and the cocatalyst compounds of Formulas 3 to 5 are used in the catalyst composition of the present invention in a form supported on a carrier, the metallocene compound is about 0.5 To about 20 parts by weight, the cocatalyst compound of Formulas 3 to 5 may be included in an amount of about 1 to about 1,000 parts by weight. Preferably, with respect to 100 parts by weight of the carrier, about 1 to about 15 parts by weight of the metallocene compound, and about 10 to about 500 parts by weight of the cocatalyst compound of Formulas 3 to 5 may be included, and most preferably the With respect to 100 parts by weight of the carrier, about 1 to about 100 parts by weight of the metallocene compound, and about 40 to about 150 parts by weight of the cocatalyst may be included.
또한, 상기 화학식 1 및 2의 메탈로센 화합물에 포함되는 전체 전이금속 대 담체의 질량비는 1 : 10 내지 1 : 1,000 일 수 있다. 상기 질량비로 담체 및 메탈로센 화합물을 포함할 때, 최적의 형상을 나타낼 수 있다. 또한, 화학식 3 내지 5의 조촉매 화합물대 담체의 질량비는 1 : 1 내지 1 : 100 일 수 있다. 상기 질량비로 화학식 3 내지 5의 조촉매 화합물 및 메탈로센 화합물을 포함할 때, 활성 및 고분자 미세구조를 최적화할 수 있다. In addition, the mass ratio of the total transition metal to the carrier contained in the metallocene compounds of Formulas 1 and 2 may be 1: 10 to 1: 1,000. When the carrier and the metallocene compound are included in the mass ratio, the optimum shape may be exhibited. In addition, the mass ratio of the cocatalyst compound of Formulas 3 to 5 to the carrier may be 1:1 to 1:100. When the cocatalyst compound of Formulas 3 to 5 and the metallocene compound are included in the mass ratio, the activity and the microstructure of the polymer can be optimized.
상술한 제1 및 제2 메탈로센 화합물과, 추가로 조촉매 등을 사용해 혼성 담지 메탈로센 촉매를 제조함에 있어서는, 담체에 제1 메탈로센 화합물 및 조촉매를 담지한 후, 이어서 제2 메탈로센 화합물 및 조촉매를 담지할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 각 담지 단계 사이에는 용매를 사용한 세척 단계가 추가 진행될 수 있다.In preparing a hybrid supported metallocene catalyst using the above-described first and second metallocene compounds and a cocatalyst, etc., after supporting the first metallocene compound and the cocatalyst on a support, the second A metallocene compound and a cocatalyst may be supported, but the present invention is not limited thereto. A washing step using a solvent may be additionally performed between each of these supporting steps.
본 발명의 폴리올레핀의 제조방법에 있어서, 올레핀계 단량체를 중합하는 단계는, 상술한 화학식 1로 표시되는 1종 이상의 제1 메탈로센 화합물, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 중 선택되는 1종 이상의 제2 메탈로센 화합물를 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에 수행될 수 있다.In the method for producing a polyolefin of the present invention, the step of polymerizing the olefin-based monomer includes at least one first metallocene compound represented by Formula 1 and at least one agent selected from the compound represented by Formula 2. 2 It can be carried out in the presence of a catalyst composition comprising a metallocene compound.
상기 중합 단계에서 임의의 올레핀계 단량체를 중합하여 폴리올레핀를 제조할 수 있다. 이때 사용가능한 올레핀계 단량체의 구체적인 예로는, 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-데센, 1-운데센, 1-도데센, 노보넨, 에틸리덴노보넨, 스티렌, 알파-메틸스티렌, 또는 3-클로로메틸스티렌 등이 있다. 이러한 제조 방법의 일 예에서는, 에틸렌을 사용하여 폴리에틸렌을 제조하거나, 에틸렌과 함께, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-데센, 1-운데센, 또는 1-도데센 등의 알파올레핀을 공중합하여 에틸렌-알파올레핀 공중합체를 제조할 수 있다.In the polymerization step, a polyolefin may be prepared by polymerizing any olefin-based monomer. Specific examples of the olefinic monomers that can be used at this time include ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, 1-octene, 1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 1-heptene, 1-decene, 1-undee Sen, 1-dodecene, norbornene, ethylidene norbornene, styrene, alpha-methylstyrene, or 3-chloromethylstyrene. In one example of such a manufacturing method, polyethylene is prepared using ethylene, or with ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, 1-octene, 1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 1-heptene , 1-decene, 1-undecene, or 1-dodecene may be copolymerized with an alpha olefin to prepare an ethylene-alpha olefin copolymer.
특히, 본 발명은 제1 메탈로센 화합물과 제2 메타로센 화합물을 포함하는 촉매 조성물을 사용하여, 단일 반응기를 사용하여서도 생성되는 폴리올레핀의 물성이 쉽게 제어될 수 있고, 보다 넓은 다봉 분자량 분포를 갖는 폴리올레핀이 제조될 수 있다. In particular, the present invention uses a catalyst composition comprising a first metallocene compound and a second metalocene compound, and the physical properties of the polyolefin produced even by using a single reactor can be easily controlled, and a wider multimodal molecular weight distribution A polyolefin having may be prepared.
또한, 다른 일 구현 예에 따르면, 상기 올레핀계 단량체로는 에틸렌과 공단량체가 함께 사용될 수 있으며; 상기 공단량체는 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-데센, 1-운데센, 1-도데센, 노보넨, 에틸리덴노보넨, 스티렌, 알파-메틸스티렌, 및 3-클로로메틸스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다.In addition, according to another embodiment, ethylene and a comonomer may be used together as the olefinic monomer; The comonomer is propylene, 1-butene, 1-hexene, 1-octene, 1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 1-heptene, 1-decene, 1-undecene, 1-dodecene, norbornene , Ethylidene norbornene, styrene, alpha-methylstyrene, and may be one or more compounds selected from the group consisting of 3-chloromethylstyrene.
이때, 상기 공단량체는 에틸렌의 함량 대비 약 30 중량% 이하, 또는 0 내지 약 20 중량%, 또는 약 0.1 내지 15 중량%의 함량으로 사용되어 공중합될 수 있다. 이러한 함량의 공단량체가 공중합될 경우, 최종 제조된 폴리올레핀이 특히 블로우 몰딩용으로서 적합한 밀도 범위 내에서 우수한 기계적 물성과 가공성을 나타낼 수 있다. 다만, 지나치게 많은 양의 공단량체가 사용될 경우, 중합체의 밀도를 떨어트려 굴곡강도 등의 저하를 가져올 수 있다.At this time, the comonomer may be used in an amount of about 30% by weight or less, or 0 to about 20% by weight, or about 0.1 to 15% by weight based on the content of ethylene, and may be copolymerized. When the comonomer of such an amount is copolymerized, the finally produced polyolefin can exhibit excellent mechanical properties and processability within a density range suitable for blow molding. However, when an excessively large amount of comonomer is used, the density of the polymer may be lowered, resulting in a decrease in flexural strength.
한편, 상기 촉매 조성물은 추가로 분자량 조절제를 포함할 수 있다. 상기 분자량 조절제는 그 자체로 올레핀 중합 촉매로서의 활성을 나타내지는 못하지만, 메탈로센 촉매의 활성을 보조하여 보다 큰 분자량 및 보다 넓은 분자량 분포를 갖는 폴리올레핀의 형성을 가능케 하는 화합물일 수 있다. 이러한 분자량 조절제의 작용으로 인해, 올레핀계 단량체의 중합이 효과적으로 진행될 수 있다.Meanwhile, the catalyst composition may further include a molecular weight modifier. The molecular weight modifier itself does not exhibit activity as an olefin polymerization catalyst, but may be a compound capable of forming a polyolefin having a larger molecular weight and a broader molecular weight distribution by assisting the activity of the metallocene catalyst. Due to the action of such a molecular weight modifier, polymerization of the olefin-based monomer can be effectively carried out.
일 구현 예에 따르면, 상기 분자량 조절제는 하기 화학식 6의 시클로펜타디에닐 금속 화합물과, 하기 화학식 7의 유기 알루미늄 화합물의 혼합물 또는 이들의 반응 생성물을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the molecular weight modifier may include a mixture of a cyclopentadienyl metal compound represented by Formula 6 below and an organic aluminum compound represented by Formula 7 below, or a reaction product thereof.
[화학식 6][Formula 6]
Cp3Cp4M3X'2 Cp 3 Cp 4 M 3 X ' 2
상기 화학식 6에서, In Formula 6,
Cp3 및 Cp4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 시클로펜타디에닐기, 치환 또는 비치환된 인데닐기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐기를 포함하는 리간드이고, M3 4족 전이금속 원소이며, X'는 할로겐이며;Cp 3 and Cp 4 are each independently a substituted or unsubstituted cyclopentadienyl group, a substituted or unsubstituted indenyl group, or a ligand containing a substituted or unsubstituted fluorenyl group, and M 3 is a group 4 transition metal element. , X'is halogen;
[화학식 7][Formula 7]
R9R10R11AlR 9 R 10 R 11 Al
상기 화학식 7에서, In Chemical Formula 7,
R9, R10, 및 R11은 각각 독립적으로 탄소수 4 내지 20의 알킬기 또는 할로겐이며, R9, R10, 및 R11 중 적어도 하나는 탄소수 4 내지 20의 알킬기이다.R 9 , R 10 , and R 11 are each independently an alkyl group or halogen having 4 to 20 carbon atoms, and R 9 , R 10 , and At least one of R 11 is an alkyl group having 4 to 20 carbon atoms.
상기 분자량 조절제는 그 자체로 올레핀 중합 촉매로서의 활성을 나타내지는 못하며, 그 작용 메커니즘은 구체적으로 밝혀지지는 않았지만, 메탈로센 촉매의 활성을 보조하여 보다 큰 분자량 및 보다 넓은 분자량 분포를 갖는 폴리올레핀의 제조를 가능케 한다.The molecular weight modifier itself does not exhibit activity as an olefin polymerization catalyst, and its mechanism of action is not specifically identified, but the preparation of a polyolefin having a larger molecular weight and a broader molecular weight distribution by assisting the activity of the metallocene catalyst Makes it possible.
이러한 분자량 조절제의 작용으로 인해, 예를 들어, 후술하는 다단 반응기에서 폴리올레핀을 제조하는 경우, 전단의 반응기에서 많은 메탈로센 촉매가 소모되더라도 후단의 반응기에서 고분자량의 폴리올레핀이 중합될 수 있어, 보다 큰 분자량 및 넓은 다봉 분자량 분포를 갖는 폴리올레핀이 제조될 수 있다.Due to the action of such a molecular weight modifier, for example, in the case of producing a polyolefin in a multistage reactor to be described later, even if a large number of metallocene catalysts are consumed in the reactor at the front, the polyolefin having a higher molecular weight may be polymerized in the reactor at the rear stage. Polyolefins having a large molecular weight and a broad multimodal molecular weight distribution can be prepared.
일 구현 예에 따르면, 상기 분자량 조절제는 상기 화학식 6 및 화학식 7의 화합물을 서로 반응하지 않은 혼합물 상태로 사용될 수 있다. 또한, 상기 분자량 조절제는 상기 화학식 6 및 화학식 7의 화합물의 반응 생성물, 예를 들어, 이들 화합물의 금속 원소가 X' 및/또는 Rd, Re 및 Rf 중 하나를 매게로 서로 결합되어 있는 유기 금속 착화합물 상태로 사용될 수 있다. 이때, 상기 유기 금속 착화합물과 함께, 일부의 미반응된 화학식 6 및/또는 화학식 7의 화합물이 더 포함될 수 있다.According to one embodiment, the molecular weight modifier may be used in a mixture state in which the compounds of Formula 6 and Formula 7 do not react with each other. In addition, the molecular weight modifier is a reaction product of the compounds of Formulas 6 and 7, for example, in which the metal elements of these compounds are bonded to each other via one of X'and/or R d , R e and R f It can be used in the form of an organometallic complex. In this case, together with the organometallic complex, some unreacted compounds of Formula 6 and/or Formula 7 may be further included.
한편, 상기 분자량 조절제에서, 화학식 6의 시클로펜타디에닐 금속 화합물의 구체적인 예로는, 비스시클로펜타디에닐티타늄 디클로라이드, 비스시클로펜타디에닐지르코늄 디클로라이드, 비스시클로펜타디에닐하프늄 디클로라이드, 비스인데닐티타늄 디클로라이드, 또는 비스플로레닐티타늄 디클로라이드 등을 들 수 있다. 또한, 화학식 7의 유기 알루미늄 화합물의 구체적인 예로는, 트리이소부틸 알루미늄, 트리헥실알루미늄, 트리옥틸 알루미늄, 디이소부틸알루미늄 클로라이드, 디헥실알루미늄 클로라이드, 또는 이소부틸알루미늄 디클로라이드 등을 들 수 있다.Meanwhile, in the molecular weight modifier, specific examples of the cyclopentadienyl metal compound of Formula 6 include biscyclopentadienyl titanium dichloride, biscyclopentadienyl zirconium dichloride, biscyclopentadienylhafnium dichloride, and bis. Neil titanium dichloride, bisfluorenyl titanium dichloride, etc. are mentioned. In addition, specific examples of the organic aluminum compound of Formula 7 include triisobutyl aluminum, trihexyl aluminum, trioctyl aluminum, diisobutyl aluminum chloride, dihexyl aluminum chloride, or isobutyl aluminum dichloride.
그리고, 상기 화학식 6의 화합물과, 화학식 7의 화합물은 화학식 6에 포함된 금속 원소(M)와, 화학식 8에 포함된 알루미늄(Al)의 몰비를 기준으로, 약 1:0.1 내지 1:100, 혹은 약 1:0.5 내지 1:10의 몰비로 사용됨이 바람직하다.And, the compound of Formula 6 and the compound of Formula 7 are about 1:0.1 to 1:100, based on the molar ratio of the metal element (M) contained in Chemical Formula 6 and aluminum (Al) contained in Chemical Formula 8, Alternatively, it is preferably used in a molar ratio of about 1:0.5 to 1:10.
그리고, 상기 분자량 조절제는 상기 올레핀계 단량체의 총 100 중량부를 기준으로 약 10-7 내지 10-1 중량부, 혹은 약 10-5 내지 10-2 중량부의 함량으로 사용될 수 있다. 이러한 함량 범위로 사용됨에 따라, 분자량 조절제의 첨가로 인한 작용 및 효과가 최적화되어, 우수한 물성을 갖는 폴리올레핀이 얻어질 수 있다.In addition, the molecular weight modifier may be used in an amount of about 10 -7 to 10 -1 parts by weight, or about 10 -5 to 10 -2 parts by weight based on 100 parts by weight of the olefinic monomer. As used in this content range, the action and effect due to the addition of the molecular weight control agent are optimized, and a polyolefin having excellent physical properties can be obtained.
한편, 발명의 일 구현 예에 따르면, 상기 중합 단계는 탄화수소계 용매(예를 들어, 헥산, 부탄, 펜탄 등의 지방족 탄화수소계 용매) 내에서 슬러리상 중합으로 진행될 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 메탈로센 화합물과 상기 분자량 조절제는 지방족 탄화수소계 용매에 대해서도 우수한 용해도를 나타냄에 따라, 이들이 안정적으로 용해 및 반응계에 공급되어, 각 단계의 중합 반응이 효과적으로 진행될 수 있다.Meanwhile, according to an exemplary embodiment of the present invention, the polymerization step may be performed in a slurry phase polymerization in a hydrocarbon-based solvent (eg, an aliphatic hydrocarbon-based solvent such as hexane, butane, and pentane). As already described above, as the first and second metallocene compounds and the molecular weight modifier exhibit excellent solubility in aliphatic hydrocarbon-based solvents, they are stably dissolved and supplied to the reaction system, so that the polymerization reaction in each step It can be done effectively.
그리고, 발명의 일 구현 예에 따른 폴리올레핀의 제조 방법은 단일 CSTR 반응기(Single Continuous Stirred Tank Reactor)에서 진행될 수 있다. 이러한 단일 CSTR 반응기를 이용한 개략적인 공정은 도 2에 도시된 바와 같다. And, the method of manufacturing a polyolefin according to an embodiment of the present invention may be performed in a single CSTR reactor (Single Continuous Stirred Tank Reactor). A schematic process using such a single CSTR reactor is as shown in FIG. 2.
이러한 단일 CSTR 반응기에서, 메탈로센 촉매 조성물(Cat.)의 존재 하에, 올레핀계 단량체(C2)를 중합하는 단계가 수행된다. 상기 단일 CSTR 반응기(Single Continuous Stirred Tank Reactor)에 상술한 바와 같은 제1 메탈로센 화합물 및 제2 메탈로센 화합물을 포함하는 촉매 조성물 및 올레핀계 단량체과 함께, 분자량 조절제 등을 추가로 투입하여 중합하는 단계가 수행된다. 상기 단일 CSTR 반응기에서는, 예를 들어, 질소와 같은 불활성 기체의 존재 하에 중합이 진행될 수 있다. 상기 불활성 기체는 중합 반응 초기에 메탈로센 화합물의 급격한 반응을 억제함으로써 메탈로센 화합물의 반응 활성을 길게 지속시키는 역할을 할 수 있으며, 반응 활성을 감안하여 상기 반응기에서의 불활성 기체 사용량이 조절될 수 있다.In this single CSTR reactor, in the presence of a metallocene catalyst composition (Cat.), a step of polymerizing an olefinic monomer (C2) is performed. Polymerization by additionally adding a molecular weight modifier, etc. together with the catalyst composition and olefinic monomer including the first metallocene compound and the second metallocene compound as described above in the single CSTR reactor (Single Continuous Stirred Tank Reactor). The steps are carried out. In the single CSTR reactor, polymerization may proceed in the presence of an inert gas such as nitrogen, for example. The inert gas may play a role of prolonging the reaction activity of the metallocene compound by suppressing the rapid reaction of the metallocene compound at the beginning of the polymerization reaction, and the amount of inert gas used in the reactor may be adjusted in consideration of the reaction activity. I can.
상기 중합 반응기에서는 폴리올레핀의 분자량 및 분자량 분포를 조절하기 위한 목적으로 수소 기체가 사용될 수 있다.In the polymerization reactor, hydrogen gas may be used for the purpose of controlling the molecular weight and molecular weight distribution of the polyolefin.
그리고, 상기 중합 단계에서는, 촉매 화합물의 활성을 저해할 수 있는 반응기 내의 수분, 산소 등을 제거하기 위하여, 유기 알루미늄 화합물이 더욱 투입될 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 유기 알루미늄 화합물은 트리 알킬 알루미늄, 디알킬 알루미늄 할라이드, 알킬 알루미늄 디할라이드, 알루미늄 디알킬 하이드라이드 및 알킬 알루미늄 세스퀴 할라이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 유기 알루미늄 화합물은 Al(C2H5)3, Al(C2H5)2H, Al(C3H7)3, Al(C3H7)2H, Al(i-C4H9)2H, Al(C8H17)3, Al(C12H25)3, Al(C2H5)(C12H25)2, Al(i-C4H9)(C12H25)2, Al(i-C4H9)2H, Al (i-C4H9)3, (C2H5)2AlCl, (i-C3H9)2AlCl, 또는 (C2H5)3Al2Cl3 등일 수 있다. 이러한 유기 알루미늄 화합물은 각 반응기에 연속적으로 투입될 수 있으며, 적절한 수분 제거를 위해 각 반응기에 투입되는 반응 매질 1kg 당 약 0.1 내지 10 몰의 비율로 투입될 수 있다.And, in the polymerization step, in order to remove moisture, oxygen, etc. in the reactor that may inhibit the activity of the catalyst compound, an organic aluminum compound may be further added. As a non-limiting example, the organic aluminum compound may be one or more compounds selected from the group consisting of trialkyl aluminum, dialkyl aluminum halide, alkyl aluminum dihalide, aluminum dialkyl hydride, and alkyl aluminum sesqui halide. More specifically, the organic aluminum compound is Al(C 2 H 5 ) 3 , Al(C 2 H 5 ) 2 H, Al(C 3 H 7 ) 3 , Al(C 3 H 7 ) 2 H, Al(iC 4 H 9 ) 2 H, Al(C 8 H 17 ) 3 , Al(C 12 H 25 ) 3 , Al(C 2 H 5 )(C 12 H 25 ) 2 , Al(iC 4 H 9 )(C 12 H 25 ) 2 , Al(iC 4 H 9 ) 2 H, Al (iC 4 H 9 ) 3 , (C 2 H 5 ) 2 AlCl, (iC 3 H 9 ) 2 AlCl, or (C 2 H 5 ) 3 Al 2 Cl 3 or the like. These organoaluminum compounds may be continuously introduced into each reactor, and may be added in a ratio of about 0.1 to 10 moles per 1 kg of reaction medium introduced into each reactor for proper moisture removal.
한편, 상기 반응기에서, 원료 물질의 체류 시간은 적절한 분자량 분포 및 밀도 분포를 갖는 폴리올레핀을 형성할 수 있는 범위라면 특별한 제한 없이 적용될 수 있다. 다만, 일 구현 예에 따르면, 상기 반응기에서의 체류 시간은 약 1 내지 5 시간으로 조절될 수 있다. 즉, 상기 체류 시간이 1 시간보다 짧아지면 저분자량 폴리올레핀이 제대로 형성되지 않고 분자량 분포가 좁아져 최종 폴리올레핀의 물성이 저하될 수 있다. 반대로, 상기 체류 시간이 지나치게 길어지면 생산성 측면에서 바람직하지 않다.Meanwhile, in the reactor, the residence time of the raw material may be applied without particular limitation as long as it is a range capable of forming a polyolefin having an appropriate molecular weight distribution and density distribution. However, according to one embodiment, the residence time in the reactor may be adjusted to about 1 to 5 hours. That is, if the residence time is shorter than 1 hour, the low molecular weight polyolefin is not properly formed and the molecular weight distribution is narrowed, so that the physical properties of the final polyolefin may be deteriorated. Conversely, if the residence time is too long, it is not preferable in terms of productivity.
그리고, 상기 중합 반응 온도는 약 70 내지 100 ℃로 될 수 있다. 이러한 중합 반응 온도가 지나치게 낮아지면 중합 속도 및 생산성 측면에서 적절하지 않고, 반대로 중합 반응 온도가 필요 이상으로 높아지면 반응기 내 파울링 현상이 유발될 수 있다.And, the polymerization reaction temperature may be about 70 to 100 ℃. If the polymerization reaction temperature is too low, it is not appropriate in terms of polymerization rate and productivity, and conversely, if the polymerization reaction temperature is higher than necessary, fouling in the reactor may be caused.
또한, 상기 중합 반응 압력은 안정적인 연속 공정 상태를 유지하기 위하여 약 5 내지 10 bar로 될 수 있다.In addition, the polymerization reaction pressure may be about 5 to 10 bar in order to maintain a stable continuous process state.
그리고, 상기 중합 반응에는 반응 매질 또는 희석제로서 유기 용매가 더 사용될 수 있다. 이러한 유기 용매는 올레핀계 단량체의 함량을 고려하여 슬러리상 중합 등이 적절히 수행될 수 있는 정도의 함량으로 사용될 수 있다.In addition, an organic solvent may be further used as a reaction medium or diluent in the polymerization reaction. Such an organic solvent may be used in an amount sufficient to properly perform slurry polymerization or the like in consideration of the content of the olefinic monomer.
이와 같은 상기 중합 반응에 의해 형성되는 폴리올레핀은 중량 평균 분자량이 약 50,000 내지 300,000 g/mol인 저분자량의 폴리올레핀일 수 있고, 약 5 내지 100의 분자량 분포를 가질 수 있다.The polyolefin formed by the polymerization reaction may be a low molecular weight polyolefin having a weight average molecular weight of about 50,000 to 300,000 g/mol, and may have a molecular weight distribution of about 5 to 100.
상기 폴리올레핀의 제조 방법은 상술한 단계 외에 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 채용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. In addition to the above-described steps, the method for producing the polyolefin may further include steps commonly employed in the technical field to which the present invention pertains.
한편, 이와 같은 일련의 중합 반응을 통해 최종적으로 큰 분자량과 넓은 다봉 분자량 분포를 갖는 폴리올레핀이 제조될 수 있다.Meanwhile, a polyolefin having a large molecular weight and a wide multimodal molecular weight distribution may be finally prepared through a series of polymerization reactions.
즉, 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 전술한 방법에 따라 제조되며 다봉 분자량 분포를 갖는 폴리올레핀이 제공된다.That is, according to another embodiment of the present invention, a polyolefin prepared according to the method described above and having a multimodal molecular weight distribution is provided.
이러한 폴리올레핀은 전술한 제1 단계 및 제2 단계의 중합 반응에서 제1 및 제2 메탈로센 화합물 및 분자량 조절제 등의 작용으로, 약 100,000 내지 500,000 g/mol의 큰 중량 평균 분자량을 가질 수 있고, 보다 넓은 이봉 또는 다봉 분자량 분포를 가질 수 있다.These polyolefins may have a large weight average molecular weight of about 100,000 to 500,000 g/mol by the action of the first and second metallocene compounds and molecular weight modifiers in the polymerization reactions of the first and second steps described above, It may have a broader bimodal or multimodal molecular weight distribution.
이처럼 큰 분자량 및 넓은 다봉 분자량 분포로 인해, 일 구현 예의 방법에 따라 제조된 폴리올레핀은 우수한 기계적 물성 및 가공성을 동시에 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 폴리올레핀은 가공에 적절한 용융 유동율비(Melt flow rate ratio, MFRR)값을 가지며, 성형성, 충격 강도, 인장 강도, 내환경 응력 균열성(ESCR) 및 내응력 균열성(Full Notch Creep Test, FNCT)등이 우수하다. 또한, 상기 폴리올레핀은 다이 팽창(die swell) 특성이 뛰어나고, 우수한 기계적 물성 및 가공성을 동시에 충족할 수 있어, 특히 블로우 몰딩용 고분자로 적합하게 적용될 수 있다.Due to such a large molecular weight and a wide multimodal molecular weight distribution, the polyolefin prepared according to the method of one embodiment may exhibit excellent mechanical properties and processability at the same time. Therefore, the polyolefin has a melt flow rate ratio (MFRR) suitable for processing, and moldability, impact strength, tensile strength, environmental stress cracking resistance (ESCR), and stress cracking resistance (Full Notch Creep Test) , FNCT), etc. are excellent. In addition, the polyolefin has excellent die swell properties and can simultaneously satisfy excellent mechanical properties and processability, and thus can be particularly suitably applied as a polymer for blow molding.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment is presented to aid the understanding of the present invention. However, the following examples are provided for easier understanding of the present invention, and the content of the present invention is not limited thereby.
<< 실시예Example >>
<< 메탈로센Metallocene 화합물 제조의 Compound preparation 실시예Example >>
합성예 1: 촉매 전구체 [tBu-O-(CH2)6-C5H4]2ZrCl2의 합성Synthesis Example 1: Synthesis of catalyst precursor [ t Bu-O-(CH 2 ) 6 -C 5 H 4 ] 2 ZrCl 2
6-클로로헥사놀(6-chlorohexanol)을 사용하여 문헌(Tetrahedron Lett. 2951 (1988))에 제시된 방법으로 t-Butyl-O-(CH2)6-Cl을 제조하고, 여기에 NaCp를 반응시켜 t-Butyl-O-(CH2)6-C5H5를 얻었다(수율 60%, b.p. 80℃ / 0.1 mmHg). Using 6-chlorohexanol, t-Butyl-O-(CH 2 ) 6 -Cl was prepared by the method suggested in the literature (Tetrahedron Lett. 2951 (1988)), and NaCp was reacted thereto. t-Butyl-O-(CH 2 ) 6 -C 5 H 5 was obtained (yield 60%, bp 80°C / 0.1 mmHg).
또한, -78 ℃에서 t-Butyl-O-(CH2)6-C5H5를 THF에 녹이고, 노르말 부틸리튬(n-BuLi)을 천천히 가한 후, 실온으로 승온시킨 후, 8 시간 동안 반응시켰다. 그 용액을 다시 -78 ℃에서 ZrCl4(THF)2 (1.70 g, 4.50 mmol)/THF(30 mL)의 서스펜젼(suspension) 용액에 상기 합성된 리튬염(lithium salt) 용액을 천천히 가하고 실온에서 6 시간 동안 더 반응시켰다. 모든 휘발성 물질을 진공 건조하고, 얻어진 오일성 액체 물질에 헥산(hexane) 용매를 가하여 걸러내었다. 걸러낸 용액을 진공 건조한 후, 헥산을 가해 저온 (-20 ℃)에서 침전물을 유도하였다. In addition, t-Butyl-O-(CH 2 ) 6 -C 5 H 5 was dissolved in THF at -78 °C, and normal butyl lithium (n-BuLi) was slowly added, the temperature was raised to room temperature, and then reacted for 8 hours. Made it. The above-described lithium salt solution was slowly added to the suspension solution of ZrCl 4 (THF) 2 (1.70 g, 4.50 mmol)/THF (30 mL) at -78 °C again, and room temperature It was further reacted for 6 hours. All volatile substances were vacuum-dried, and hexane solvent was added to the obtained oily liquid substance to filter it out. After vacuum drying the filtered solution, hexane was added to induce a precipitate at low temperature (-20°C).
얻어진 침전물을 저온에서 걸러내어 흰색 고체 형태의 [tBu-O-(CH2)6-C5H4]2ZrCl2 화합물을 얻었다(수율 92%). The obtained precipitate was filtered at low temperature to obtain a white solid [ t Bu-O-(CH 2 ) 6 -C 5 H 4 ] 2 ZrCl 2 compound (yield 92%).
1H NMR (300 MHz, CDCl3): 6.28 (t, J = 2.6 Hz, 2H), 6.19 (t, J = 2.6 Hz, 2H), 3.31 (t, 6.6 Hz, 2H), 2.62 (t, J = 8 Hz), 1.7 ~ 1.3 (m, 8H), 1.17 (s, 9H) 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ): 6.28 (t, J = 2.6 Hz, 2H), 6.19 (t, J = 2.6 Hz, 2H), 3.31 (t, 6.6 Hz, 2H), 2.62 (t, J = 8 Hz), 1.7 to 1.3 (m, 8H), 1.17 (s, 9H)
합성예Synthesis example 2: 촉매 전구체 2: catalyst precursor [[ tt -Bu-O-(CH-Bu-O-(CH 22 )) 66 (CH(CH 33 )]Si)]Si (( CpPyCpPy )()( tt -- BuBu -N)-N) TiClTiCl 22 의of 합성 synthesis
mCPBA (m-Chloroperoxylbenzoic acid, Aldrich) 13.8 g (80 mmol)을 디클로로메탄(DCM) 100 mL에 녹인 후, 2,3-cyclopentenopyridine 5.7 mL (50 mmol)을 천천히 적가하였다. 용매를 제거하고 얻은 N-oxide 1.1 g (8 mmol)을 과량의 아세트산무수물(Ac2O)에 넣고 100 ℃에서 2 시간 동안 교반하였다. 진공 건조를 통해 잔여 에틸아세테이트(Ac2O)를 제거하고 컬럼을 통해 yellow oil 형태의 acetate 화합물을 얻었다. 얻어진 acetate를 황산 5.5 mL에 넣고 130 ℃에서 1 시간 동안 반응시켰다. 이후 상온에서 밤새 교반하여 5H-cyclopenta[β]pyridine (CpPy) 2.3 g을 얻었다(수율 40%)After dissolving 13.8 g (80 mmol) of mCPBA (m-Chloroperoxylbenzoic acid, Aldrich) in 100 mL of dichloromethane (DCM), 5.7 mL (50 mmol) of 2,3-cyclopentenopyridine was slowly added dropwise. After removing the solvent, 1.1 g (8 mmol) of the obtained N-oxide was added to an excess of acetic anhydride (Ac 2 O) and stirred at 100° C. for 2 hours. Residual ethyl acetate (Ac 2 O) was removed through vacuum drying, and an acetate compound in the form of yellow oil was obtained through a column. The obtained acetate was added to 5.5 mL of sulfuric acid and reacted at 130° C. for 1 hour. After that, the mixture was stirred overnight at room temperature to obtain 2.3 g of 5H-cyclopenta[β]pyridine (CpPy) (yield 40%).
1H NMR (300 MHz, CDCl3): 8.45 (1H, d), 7.69 (1H, d), 7.04 (2H, m), 6.85 (1H, d), 3.39 (2H, s) 1 H NMR (300 MHz, CDCl 3 ): 8.45 (1H, d), 7.69 (1H, d), 7.04 (2H, m), 6.85 (1H, d), 3.39 (2H, s)
이렇게 제조한 5H-cyclopenta[β]pyridine (CpPy) 1.4 g (12 mmol)와 THF 24 mL를 반응기에 가한 후 반응기 온도를 -20 ℃로 냉각하였다. n-BuLi 4.8 mL을 반응기에 가한 후 반응기 온도를 천천히 상온으로 올리면서 12시간 교반하였다. 이후 반응기 온도를 -20 ℃로 냉각하고, 동일한 당량의 methyl(6-t-butoxyhexyl)-dichlorosilane 3.26 g (3.5 mL)을 반응기에 가하였다. 반응기 온도를 천천히 상온으로 올리면서 12 시간 교반한 후 다시 반응기 온도를 0 ℃로 냉각시킨 후 2 당량의 t-BuNH2을 가하였다. 반응기 온도를 천천히 상온으로 올리면서 12 시간 교반하였다. 반응 12 시간 후 THF을 제거하고 40 mL의 헥산을 가하여 생성된 염을 제거한 필터 용액을 얻을 수 있었다. 필터 용액을 다시 반응기에 가한 후, 헥산을 70 ℃에서 제거하여 노란색의 용액을 얻을 수 있었다. 얻을 노란색의 용액을 1H-NMR을 통해 methyl(6-t-butoxy-hexyl)(CpPy)t-butylaminosilane 화합물임을 확인할 수 있었다. 1.4 g (12 mmol) of 5H-cyclopenta[β]pyridine (CpPy) prepared in this way and 24 mL of THF were added to the reactor, and the reactor temperature was cooled to -20 °C. After 4.8 mL of n-BuLi was added to the reactor, the reactor was stirred for 12 hours while slowly raising the temperature to room temperature. Thereafter, the reactor temperature was cooled to -20 °C, and 3.26 g (3.5 mL) of methyl(6-t-butoxyhexyl)-dichlorosilane in the same amount was added to the reactor. After stirring for 12 hours while slowly raising the reactor temperature to room temperature, the reactor temperature was cooled to 0° C., and 2 equivalents of t-BuNH 2 were added. The reactor was stirred for 12 hours while slowly raising the temperature to room temperature. After 12 hours of reaction, THF was removed and 40 mL of hexane was added to obtain a filter solution to remove the resulting salt. After the filter solution was added to the reactor again, hexane was removed at 70° C. to obtain a yellow solution. The obtained yellow solution was confirmed to be a methyl(6-t-butoxy-hexyl)(CpPy)t-butylaminosilane compound through 1H-NMR.
n-BuLi과 리간드 methyl(6-t-butoxy-hexyl)(CpPy)t-butylaminosilane로부터 THF 용액에서 합성한 -78 ℃의 리간드의 디리튬염에 TiCl3(THF)3 (12 mmol)을 빠르게 가하였다. 반응 용액을 천천히 -78 ℃에서 상온으로 올리면서 12 시간 동안 교반하였다. 12 시간 교반 후, 상온에서 당량의 PbCl2 (10 mmol)를 반응 용액에 가한 후 12 시간 교반하였다. 12 시간 교반 후, 푸른색을 띠는 짙은 검은 색의 용액을 얻을 수 있었다. 생성된 반응 용액에서 THF를 제거한 후 헥산을 가하여 생성물을 필터하였다. 얻을 필터 용액에서 헥산을 제거한 후, 1H-NMR로부터 원하는 [t-Bu-O-(CH2)6(CH3)]Si(CpPy)(t-Bu-N)TiCl2 화합물임을 확인하였다. TiCl 3 (THF) 3 (12 mmol) was rapidly added to the dilithium salt of the ligand at -78 ℃ synthesized in THF solution from n-BuLi and the ligand methyl(6-t-butoxy-hexyl)(CpPy)t-butylaminosilane. I did. The reaction solution was stirred for 12 hours while slowly raising from -78 °C to room temperature. After stirring for 12 hours, an equivalent of PbCl 2 (10 mmol) was added to the reaction solution at room temperature, followed by stirring for 12 hours. After stirring for 12 hours, a dark black solution having a blue color was obtained. After removing THF from the resulting reaction solution, hexane was added to filter the product. After removing hexane from the filter solution to be obtained, it was confirmed from 1 H-NMR to be the desired [ t -Bu-O-(CH 2 ) 6 (CH 3 )]Si(CpPy)( t- Bu-N)TiCl 2 compound.
1H NMR (500 MHz, CDCl3): 8.56 (1H, d), 7.71 (1H, d), 7.22 (2H, m), 6.97 (1H, d), 3.51 (2H, m), 1.45 ~ 0.31 (10H, m), 1.29 (18H, m), 0.28 ~ 0.12 (3H, m) 1 H NMR (500 MHz, CDCl 3 ): 8.56 (1H, d), 7.71 (1H, d), 7.22 (2H, m), 6.97 (1H, d), 3.51 (2H, m), 1.45 ~ 0.31 ( 10H, m), 1.29 (18H, m), 0.28 ~ 0.12 (3H, m)
합성예Synthesis example 3: 촉매 전구체 3: catalyst precursor (CH(CH 33 )) 22 Si[(Si[( tt -Bu-O-(CH-Bu-O-(CH 22 )) 66 )(CpPy)]()(CpPy)]( tt -Bu-N)TiCl-Bu-N)TiCl 22 의of 합성 synthesis
5H-cyclopenta[β]pyridine (CpPy)와 동일한 당량의 t-butoxyhexylchloride를 THF 30 mL에서 반응하여 원하는 t-Bu-O-(CH2)6(CpPy)를 얻었다. t-Bu-O-(CH2)6(CpPy) 12 mmole과 THF 24 mL를 반응기에 가한 후 반응기 온도를 -20 ℃로 냉각하였다. n-BuLi 4.8 mL을 반응기에 가한 후 반응기 온도를 천천히 상온으로 올리면서 12 시간 교반하였다. 이후 반응기 온도를 -20 ℃로 냉각하고, 동일한 당량의 dimethyldichlorosilane 1.55 g (1.4 mL)을 반응기에 가하였다. 반응기 온도를 천천히 상온으로 올리면서 12 시간 교반한 후 다시 반응기 온도를 0 ℃로 냉각시킨 후 2 당량의 t-BuNH2을 가하였다. 반응기 온도를 천천히 상온으로 올리면서 12 시간 교반하였다. 반응 12 시간 후 THF을 제거하고 40 mL의 헥산을 가하여 생성된 염을 제거한 필터 용액을 얻을 수 있었다. 필터 용액을 다시 반응기에 가한 후, 헥산을 70 도에서 제거하여 노란색의 용액을 얻을 수 있었다. 얻을 노란색의 용액을 1H-NMR을 통해 dimethyl(6-t-butoxy-hexyl)(CpPy)t-butylaminosilane 화합물임을 확인할 수 있었다. T-butoxyhexylchloride equivalent to 5H-cyclopenta[β]pyridine (CpPy) was reacted in 30 mL of THF to obtain the desired t -Bu-O-(CH 2 ) 6 (CpPy). 12 mmole of t -Bu-O-(CH 2 ) 6 (CpPy) and 24 mL of THF were added to the reactor, and the reactor temperature was cooled to -20 °C. After 4.8 mL of n-BuLi was added to the reactor, the reactor was stirred for 12 hours while slowly raising the temperature to room temperature. Thereafter, the reactor temperature was cooled to -20 °C, and 1.55 g (1.4 mL) of dimethyldichlorosilane in the same amount was added to the reactor. After stirring for 12 hours while slowly raising the reactor temperature to room temperature, the reactor temperature was cooled to 0° C., and 2 equivalents of t-BuNH 2 were added. The reactor was stirred for 12 hours while slowly raising the temperature to room temperature. After 12 hours of reaction, THF was removed and 40 mL of hexane was added to obtain a filter solution to remove the resulting salt. After the filter solution was added to the reactor again, hexane was removed at 70° C. to obtain a yellow solution. The obtained yellow solution was confirmed to be a dimethyl(6-t-butoxy-hexyl)(CpPy)t-butylaminosilane compound through 1H-NMR.
n-BuLi과 리간드 dimethyl(6-t-butoxy-hexyl)(CpPy)t-butylaminosilane으로부터 THF 용액에서 합성한 -78 ℃의 리간드의 디리튬염에 TiCl3(THF)3 (12 mmol)을 빠르게 가하였다. 반응 용액을 천천히 -78 ℃에서 상온으로 올리면서 12 시간 동안 교반하였다. 12 시간 교반 후, 상온에서 당량의 PbCl2 (10 mmol)를 반응 용액에 가한 후 12 시간 교반하였다. 12 시간 교반 후, 푸른색을 띠는 짙은 검은 색의 용액을 얻을 수 있었다. 생성된 반응 용액에서 THF를 제거한 후 헥산을 가하여 생성물을 필터하였다. 얻을 필터 용액에서 헥산을 제거한 후, 1H-NMR로부터 원하는 (CH3)2Si[(t-Bu-O-(CH2)6)(CpPy)](t-Bu-N)TiCl2 화합물임을 확인하였다. TiCl 3 (THF) 3 (12 mmol) was rapidly added to the dilithium salt of the ligand at -78 ℃ synthesized in THF solution from n-BuLi and the ligand dimethyl(6-t-butoxy-hexyl)(CpPy)t-butylaminosilane. I did. The reaction solution was stirred for 12 hours while slowly raising from -78 °C to room temperature. After stirring for 12 hours, an equivalent of PbCl 2 (10 mmol) was added to the reaction solution at room temperature, followed by stirring for 12 hours. After stirring for 12 hours, a dark black solution having a blue color was obtained. After removing THF from the resulting reaction solution, hexane was added to filter the product. After removing hexane from the filter solution to be obtained, the desired (CH 3 ) 2 Si[( t -Bu-O-(CH 2 ) 6 )(CpPy)]( t -Bu-N)TiCl 2 compound was obtained from 1 H-NMR. Confirmed.
1H NMR (500 MHz, CDCl3): 8.44 (1H, d), 7.61 (1H, d), 7.04 (1H, m), 6.76 (1H, d), 3.48 (2H, m), 1.61 ~ 0.28 (10H, m), 1.17 (12H, s), 0.91 (3H, s) 1 H NMR (500 MHz, CDCl 3 ): 8.44 (1H, d), 7.61 (1H, d), 7.04 (1H, m), 6.76 (1H, d), 3.48 (2H, m), 1.61 ~ 0.28 ( 10H, m), 1.17 (12H, s), 0.91 (3H, s)
<< 메탈로센Metallocene 담지 촉매 제조의 Of supported catalyst preparation 실시예Example >>
담지 촉매 Supported catalyst 제조예Manufacturing example 1 One
먼저, 실리카(Grace Davison사 제조 SYLOPOL 948)를 400 ℃의 온도에서 12 시간 동안 진공을 가한 상태에서 탈수하였다.First, silica (SYLOPOL 948 manufactured by Grace Davison) was dehydrated under vacuum at 400° C. for 12 hours.
실온의 유리반응기에 톨루엔 용액 100 mL을 넣고, 준비된 실리카 10 g을 투입한 후 반응기 온도를 40 ℃로 올리면서 교반하였다. 실리카를 충분히 분산시킨 후, 10 wt% 메틸알루미녹산(MAO)/톨루엔 용액을 60.6 mL를 투입하고 80 ℃로 온도를 올린 후 200 rpm으로 16 시간 교반하였다. 100 mL of a toluene solution was added to a glass reactor at room temperature, 10 g of prepared silica was added, and the mixture was stirred while raising the reactor temperature to 40°C. After sufficiently dispersing the silica, 60.6 mL of a 10 wt% methylaluminoxane (MAO)/toluene solution was added and the temperature was raised to 80° C., followed by stirring at 200 rpm for 16 hours.
이후 온도를 다시 40 ℃로 낮춘 후 충분한 양의 톨루엔으로 세척하여 반응하지 않은 알루미늄 화합물을 제거하였다. 다시 100 mL의 톨루엔을 채워 넣고, 상기 합성예 1에서 제조한 촉매 전구체(화학식 1)를 투입한 후 1 시간 교반시킨 후, 상기 합성예 2에서 제조한 촉매 전구체(화학식 2)를 추가 투입하여 2 시간 동안 교반하였다. 반응이 끝난 후 교반을 멈추고 톨루엔층을 분리하여 제거한 후 40 ℃에서 감압하여 톨루엔을 제거하여, 올레핀 담지 촉매를 제조하였다.Thereafter, the temperature was lowered to 40° C. and washed with a sufficient amount of toluene to remove unreacted aluminum compounds. 100 mL of toluene was added again, and the catalyst precursor prepared in Synthesis Example 1 (Chemical Formula 1) was added and stirred for 1 hour, and then the catalyst precursor prepared in Synthesis Example 2 (Chemical Formula 2) was added to 2 Stir for hours. After the reaction was completed, the stirring was stopped, the toluene layer was separated and removed, and the toluene was removed under reduced pressure at 40° C. to prepare an olefin-carrying catalyst.
담지 촉매 Supported catalyst 제조예Manufacturing example 2 2
상기 담지 촉매 제조예 1에서 합성예 2에서 제조한 촉매 전구체 대신 합성예 3에서 제조한 촉매 전구체을 사용한 것을 제외하고는 담지 촉매 제조예 1과 동일한 방법으로 메탈로센 담지 촉매를 제조하였다. A metallocene-supported catalyst was prepared in the same manner as in Preparation Example 1 of the supported catalyst, except that the catalyst precursor prepared in Synthesis Example 3 was used instead of the catalyst precursor prepared in Synthesis Example 2 in Preparation Example 1.
<폴리에틸렌 중합의 <of polyethylene polymerization 실시예Example >>
실시예Example 1: 폴리올레핀의 제조 1: Preparation of polyolefin
먼저, 도 2에 나타낸 바와 같은 0.2 m3 용량의 반응기를 포함하는 단일 CSTR 반응 장치를 준비하였다.First, a single CSTR reaction apparatus including a reactor having a capacity of 0.2 m 3 as shown in FIG. 2 was prepared.
중합 온도 조절을 위한 외부 냉각수를 공급할 수 있는 자켓(jacket)이 장착된 2L 스테인레스 오토클레이브(autoclave) 반응기에, 약 110 ℃에서 이소부탄 및 에틸렌을 각각 1회 및 5회 흘려 보내어, 불순물을 제거한 후, 80 ℃로 온도를 낮추었다. 세정된 반응기에 이소부탄 900 mL 및 불순물 제거제인 트리에틸알루미늄(TEAL) 0.02 mmol을 넣고, 80 ℃에서 교반한 후, 헥산 100 mL 및 상기 담지 촉매 제조예 1에서 제조된 담지 촉매 약 60 mg을 투입하고, 에틸렌 분압이 160 psig가 되도록 에틸렌을 투입하면서, 1-부텐(중량%, 투입되는 에틸렌에 대한 1-부텐의 투입량)을 0.05 중량% 함량으로 투입하고 수소(mg/kgC2, 투입되는 에틸렌 1 kg에 대한 수소의 투입량(mg)을 300 mg/kgC2 함량으로 투입하여, 80 ℃에서 반응기 전체 압력을 유지하며, 60 분 동안 중합을 수행하였다. 중합이 진행되는 동안 에틸렌 분압은 일정하게 유지하였으며, 수소는 에틸렌과 연동하여 연속 투입시켰다. Into a 2L stainless autoclave reactor equipped with a jacket that can supply external cooling water for polymerization temperature control, isobutane and ethylene are flowed once and five times at about 110°C, respectively, to remove impurities. , The temperature was lowered to 80°C. 900 mL of isobutane and 0.02 mmol of triethylaluminum (TEAL) as an impurity removing agent were added to the washed reactor, stirred at 80° C., and then 100 mL of hexane and about 60 mg of the supported catalyst prepared in Preparation Example 1 were added. And, while ethylene is added so that the partial pressure of ethylene is 160 psig, 1-butene (weight%, the amount of 1-butene added to the input ethylene) is added in an amount of 0.05% by weight, and hydrogen (mg/kgC 2 , input ethylene) An input amount (mg) of hydrogen per 1 kg was added in an amount of 300 mg/kgC 2 to maintain the total pressure of the reactor at 80° C. and polymerization was performed for 60 minutes, while the partial pressure of ethylene was kept constant during polymerization. And hydrogen was continuously added in conjunction with ethylene.
실시예Example 2~3: 폴리올레핀의 제조 2-3: Preparation of polyolefin
제조예 1에 따른 혼성 담지 메탈로센 촉매를 사용하며 1-부텐 및 수소 함량을 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌을 제조하였다.Polyethylene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the mixed supported metallocene catalyst according to Preparation Example 1 was used and the 1-butene and hydrogen contents were different.
실시예Example 4: 폴리올레핀의 제조 4: Preparation of polyolefin
제조예 1에 따른 혼성 담지 메탈로센 촉매 대신에 제조예 2에 따른 혼성 담지 메탈로센 촉매를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리에틸렌을 제조하였다.Polyethylene was prepared in the same manner as in Example 1, except that the hybrid supported metallocene catalyst according to Preparation Example 2 was used instead of the hybrid supported metallocene catalyst according to Preparation Example 1.
실시예Example 5~6: 폴리올레핀의 제조 5-6: Preparation of polyolefin
제조예 1에 따른 혼성 담지 메탈로센 촉매 대신에 제조예 2에 따른 혼성 담지 메탈로센 촉매를 사용하며 1-부텐 및 수소 함량을 달리한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 방법으로 폴리에틸렌을 제조하였다.Polyethylene was prepared in the same manner as in Example 4, except that the mixed supported metallocene catalyst according to Preparation Example 2 was used instead of the hybrid supported metallocene catalyst according to Preparation Example 1, and the 1-butene and hydrogen contents were different. Was prepared.
비교예Comparative example 1~3 1~3
비교예 1로는 메탈로센 촉매를 사용하여 도 2에 나타낸 바와 같은 유니모달(unimodal) 공정으로 제조된 폴리에틸렌 제품(XP6070)을 준비하고, 비교예 2 및 3으로는 지글러-나타 촉매를 사용하여 도 1에 나타낸 바와 같은 바이모달(Bimodal) 공정으로 제조된 폴리에틸렌 제품(비교예 2: ME1000, 비교예 3: CAP602)을 준비하였다.In Comparative Example 1, a polyethylene product (XP6070) manufactured by a unimodal process as shown in FIG. 2 was prepared using a metallocene catalyst, and in Comparative Examples 2 and 3, a Ziegler-Natta catalyst was used. A polyethylene product (Comparative Example 2: ME1000, Comparative Example 3: CAP602) manufactured by a bimodal process as shown in 1 was prepared.
시험예Test example
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 폴리에틸렌의 특성을 하기의 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.The properties of the polyethylene prepared in the Examples and Comparative Examples were measured by the following method, and the results are shown in Table 1 below.
1) 분자량 분포 (PDI, Mw/Mn): 겔 투과 크로마토그래피 (GPC: Gel Permeation Chromatography)를 이용하여 중량평균분자량을 수평균분자량으로 나눈 값으로 측정하였다.1) Molecular weight distribution (PDI, Mw/Mn): The weight average molecular weight was measured by dividing the number average molecular weight by using Gel Permeation Chromatography (GPC).
2) 용융지수(Melt Index, MI): 190 ℃의 온도, 및 21.6 kg의 하중 하에서, ASTM D1238에 따라 측정하였다.2) Melt Index (MI): It was measured according to ASTM D1238 under a temperature of 190°C and a load of 21.6 kg.
3) 스피럴 플로우 길이(Spiral Flow Length): 3) Spiral Flow Length:
ASTM D 3123의 방법으로 스피럴 플로우 테스트를 수행하여 스피럴 플로우 길이(cm)를 측정하였다. A spiral flow test was performed according to ASTM D 3123 to measure a spiral flow length (cm).
4) 내환경 응력 균열성(ESCR): 4) Environmental stress cracking resistance (ESCR):
ASTM D 1693의 방법으로 내환경 응력 균열성(ESCR, hr)를 측정하였다.Environmental stress cracking resistance (ESCR, hr) was measured by the method of ASTM D 1693.
(2.16, g/10min)MI
(2.16, g/10min)
(g/cm3)density
(g/cm 3 )
(Mw)Weight average molecular weight
(Mw)
(Mw/Mn)Molecular weight distribution
(Mw/Mn)
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 특정의 혼성 담지 메탈로센 촉매를 사용하여 단일 CSTR 반응기에서 올레핀 중합을 진행한 실시예 1~6의 경우, 비교예 1~3보다 동등 이상의 용융 지수와 분자량 분포를 가지면서도 높은 내환경 응력균열성을 나타내었다. 실시예 1~3과 실시예 4~5의 경우, 각각 유사한 중합 조건에서 촉매 전구체의 구조적 차이에 의한 특성을 비교해본 결과, 전반적으로 유사하게 우수한 특성을 나타내었다. 다만, 알콕시 알킬 치환체의 위치에 따라 분자량 및 분자량 분포가 다소 차이가 있음을 확인하였다. 즉, 알콕시 알킬 치환체가 Si 브릿지에 있는 경우(제조예 1)보다 인데닐(Cp) 유닛에 있는 경우(제조예 2)에서 분자량 및 분자량 분포의 증가 경향을 나타냄을 알 수 있다. As shown in Table 1, in the case of Examples 1 to 6 in which olefin polymerization was performed in a single CSTR reactor using a specific hybrid supported metallocene catalyst according to the present invention, a melt index equal to or higher than Comparative Examples 1 to 3 It has a molecular weight distribution and has high environmental stress cracking resistance. In the case of Examples 1 to 3 and Examples 4 to 5, as a result of comparing properties due to structural differences of the catalyst precursors under similar polymerization conditions, respectively, overall similarly excellent properties were exhibited. However, it was confirmed that the molecular weight and molecular weight distribution slightly differ depending on the position of the alkoxy alkyl substituent. That is, it can be seen that the molecular weight and molecular weight distribution tend to increase in the case where the alkoxy alkyl substituent is in the indenyl (Cp) unit than in the case where the alkoxy alkyl substituent is in the Si bridge (Preparation Example 1).
1st Reactor: 제1 반응기
2nd Reactor: 제2 반응기
Cat.: 혼성 담지 메탈로센 촉매
C2: 에틸렌 단량체1st Reactor: 1st reactor
2nd Reactor: 2nd Reactor
Cat.: Hybrid supported metallocene catalyst
C2: ethylene monomer
Claims (7)
를 포함하는 폴리올레핀의 제조 방법:
[화학식 1]
(Cp1R1)n(Cp2R2)M1Z1 3-n
상기 화학식 1에서,
M1은 4족 전이금속이고;
Cp1 및 Cp2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 시클로펜타디엔닐, 인데닐, 4,5,6,7-테트라하이드로-1-인데닐, 및 플루오레닐 라디칼로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이고, 이들은 탄소수 1 내지 20의 탄화수소로 치환될 수 있으며;
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C20의 알킬, C1 내지 C10의 알콕시, C2 내지 C20의 알콕시알킬, C6 내지 C20의 아릴, C6 내지 C10의 아릴옥시, C2 내지 C20의 알케닐, C7 내지 C40의 알킬아릴, C7 내지 C40의 아릴알킬, C8 내지 C40의 아릴알케닐, 또는 C2 내지 C10의 알키닐이고;
Z1은 할로겐 원자, C1 내지 C20의 알킬, C2 내지 C10의 알케닐, C7 내지 C40의 알킬아릴, C7 내지 C40의 아릴알킬, C6 내지 C20의 아릴, 치환되거나 치환되지 않은 C1 내지 C20의 알킬리덴, 치환되거나 치환되지 않은 아미노기, C2 내지 C20의 알킬알콕시, 또는 C7 내지 C40의 아릴알콕시이고;
n은 1 또는 0 이고;
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
R3 및 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C20의 알킬기, C2 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알킬실릴기, C1 내지 C20의 실릴알킬기, C1 내지 C20의 알콕시실릴기, C1 내지 C20의 알콕시기, C6 내지 C20의 아릴기, C7 내지 C20의 알킬아릴기, C7 내지 C20의 아릴알킬기, C4 내지 C20의 헤테로시클로알킬기, 또는 C5 내지 C20의 헤테로아릴기이며, 상기 R3 및 R4는 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 지방족 또는 방향족 고리를 형성할 수 있고,
R5 및 R6는 서로 동일하거나 상이하고, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 2 내지 20의 알케닐, 탄소수 7 내지 20의 알킬아릴, 탄소수 7 내지 20의 아릴알킬, 탄소수 6 내지 20의 아릴, 또는 탄소수 1 내지 20의 알콕시가 치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬이고;
X는 비공유 전자쌍을 가진 헤테로 원자이고;
M2는 4족 전이금속이고;
Q는 서로 동일하거나 상이한 할로겐이며;
n은 2이다.
Polymerizing an olefin-based monomer in the presence of a catalyst composition comprising a first metallocene compound represented by the following formula (1) and a second metallocene compound represented by the following formula (2)
Method for producing a polyolefin comprising:
[Formula 1]
(Cp 1 R 1 ) n (Cp 2 R 2 ) M 1 Z 1 3-n
In Formula 1,
M 1 is a Group 4 transition metal;
Cp 1 and Cp 2 are the same as or different from each other, and each independently selected from the group consisting of cyclopentadienyl, indenyl, 4,5,6,7-tetrahydro-1-indenyl, and fluorenyl radicals. One, and these may be substituted with hydrocarbons having 1 to 20 carbon atoms;
R 1 and R 2 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen, C1 to C20 alkyl, C1 to C10 alkoxy, C2 to C20 alkoxyalkyl, C6 to C20 aryl, C6 to C10 aryloxy, C2 To C20 alkenyl, C7 to C40 alkylaryl, C7 to C40 arylalkyl, C8 to C40 arylalkenyl, or C2 to C10 alkynyl;
Z 1 is a halogen atom, C1 to C20 alkyl, C2 to C10 alkenyl, C7 to C40 alkylaryl, C7 to C40 arylalkyl, C6 to C20 aryl, substituted or unsubstituted C1 to C20 alkylidene , A substituted or unsubstituted amino group, a C2 to C20 alkylalkoxy, or a C7 to C40 arylalkoxy;
n is 1 or 0;
[Formula 2]
In Chemical Formula 2,
R 3 and R 4 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen, halogen, C1 to C20 alkyl group, C2 to C20 alkenyl group, C1 to C20 alkylsilyl group, C1 to C20 silylalkyl group, C1 to C20 Alkoxysilyl group, C1 to C20 alkoxy group, C6 to C20 aryl group, C7 to C20 alkylaryl group, C7 to C20 arylalkyl group, C4 to C20 heterocycloalkyl group, or C5 to C20 heteroaryl group And, the R 3 and R 4 may be connected to each other to form a substituted or unsubstituted aliphatic or aromatic ring,
R 5 and R 6 are the same as or different from each other, and alkyl having 1 to 20 carbon atoms, alkenyl having 2 to 20 carbon atoms, alkylaryl having 7 to 20 carbon atoms, arylalkyl having 7 to 20 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, Or C1-C20 alkoxy substituted C1-C20 alkyl;
X is a hetero atom with an lone pair of electrons;
M 2 is a Group 4 transition metal;
Q is the same or different halogens from each other;
n is 2.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 메탈로센 화합물은, 하기 구조식으로 표시되는 화합물 중 어느 하나인 폴리올레핀의 제조 방법.
The method of claim 1,
The first metallocene compound represented by Formula 1 is a method of producing a polyolefin, which is any one of compounds represented by the following structural formula.
상기 화학식 2로 표시되는 제2 메탈로센 화합물은, 하기 구조식으로 표시되는 화합물 중 어느 하나인 폴리올레핀의 제조 방법.
The method of claim 1,
The second metallocene compound represented by Formula 2 is a method of producing a polyolefin, which is any one of the compounds represented by the following structural formula.
상기 촉매 조성물은 실리카, 실리카-알루미나 및 실리카-마그네시아로 이루어진 군으로부터 선택되는 담체를 추가로 포함하는 폴리올레핀의 제조 방법.
The method of claim 1,
The catalyst composition is a method for producing a polyolefin further comprising a carrier selected from the group consisting of silica, silica-alumina, and silica-magnesia.
상기 올레핀계 단량체는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-데센, 1-운데센, 1-도데센, 노보넨, 에틸리덴노보넨, 스티렌, 알파-메틸스티렌 및 3-클로로메틸스티렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 폴리올레핀의 제조 방법.
The method of claim 1,
The olefin monomers are ethylene, propylene, 1-butene, 1-hexene, 1-octene, 1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 1-heptene, 1-decene, 1-undecene, 1-dodecene , Norbornene, ethylidene norbornene, styrene, alpha-methylstyrene, and a method for producing a polyolefin comprising at least one compound selected from the group consisting of 3-chloromethylstyrene.
상기 중합 단계는 탄화수소계 용매 내에서 슬러리상 중합으로 진행되는 폴리올레핀의 제조 방법.
The method of claim 1,
The polymerization step is a method for producing a polyolefin in which the polymerization is performed in a slurry phase in a hydrocarbon-based solvent.
단일 CSTR 반응기(Single Continuous Stirred Tank Reactor)에서 진행되는 폴리올레핀의 제조 방법.The method of claim 1,
A method for producing polyolefins carried out in a single CSTR reactor (Single Continuous Stirred Tank Reactor).
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